Cell子刊：岁月给干细胞留下的痕迹

　　

生物通报道：组蛋白上的化学修饰，决定着基因的开关状态。现在，斯坦福大学医学院的研究人员，在青年小鼠和老年小鼠的肌肉干细胞中，鉴定了特征性的组蛋白修饰模式。同时，研究人员还分析了静息态和活跃干细胞之间的组蛋白修饰差异。Thomas Rando教授领导的这项研究，于六月二十七日发表在Cell Reports杂志上。

人体内的细胞拥有着相同的基因，但不同的细胞类型差异巨大。这是因为特定细胞只启动一部分基因，合成其特有的蛋白。研究人员认为，年轻干细胞和年老干细胞之间，应该也存在类似的差异。

2005年，Rando及其同事就曾在Nature上发表文章指出，将老年小鼠的多种组织（包括肌肉）持续暴露在青年小鼠的血液中，可以使其重新恢复分裂和分化的能力。

为了研究这一现象背后的机制，研究团队对肌卫星细胞进行了研究。肌卫星细胞是一类重要的干细胞，可以形成新的肌肉组织。在正常情况下，肌纤维附近的肌卫星细胞处于静息状态。当出现肌肉损伤或退化的信号时，这些干细胞就会开始分裂，对肌肉组织进行修复。

研究人员分别从青年小鼠的健康肌肉组织、青年小鼠的受损肌肉组织和老年小鼠的健康肌肉组织中收集肌卫星细胞，并从中提取带有完整组蛋白包装的DNA。他们用抗体检测不同的组蛋白修饰，解析不同样本中的组蛋白标签模式。

研究人员本以为，在静息状态的干细胞中，其他组织类型的特有基因会带有“停止”标签。但事实上，处于静息状态的肌卫星细胞中，其他组织的特有基因同时带有“停止”和“启动”标签，就好像这些细胞还准备成为其他类型的细胞。

令研究人员感到惊讶的是，与静息状态相比，活跃的肌卫星细胞中带有“停止”标签的基因更多。研究显示，当这些细胞激活时，基因组中的抑制性标签大大增加，成为了主要的组蛋白修饰模式。显然直到此时，肌卫星细胞才放弃了成为其他类型细胞的可能。

随后，研究人员对年老肌卫星细胞和年轻肌卫星细胞进行了比较，发现随着年龄的增加，细胞中的抑制性标签逐渐增多，更多基因被锁定在关闭状态。研究人员指出，这可能是一种肿瘤抑制机制，帮助机体控制衰老的肌卫星细胞。

解析年轻细胞和年老细胞之间的组蛋白修饰差异，可以帮助人们确定衰老过程中的重要因素。“现在，我们了解了细胞衰老时发生的改变。下一步可以想办法逆转这些改变，尝试让老年细胞重获青春。”

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

Chromatin Modifications as Determinants of Muscle Stem Cell Quiescence and Chronological Aging

The ability to maintain quiescence is critical for the long-term maintenance of a functional stem cell pool. To date, the epigenetic and transcriptional characteristics of quiescent stem cells and how they change with age remain largely unknown. In this study, we explore the chromatin features of adult skeletal muscle stem cells, or satellite cells (SCs), which reside predominantly in a quiescent state in fully developed limb muscles of both young and aged mice. Using a ChIP-seq approach to obtain global epigenetic profiles of quiescent SCs (QSCs), we show that QSCs possess a permissive chromatin state in which few genes are epigenetically repressed by Polycomb group (PcG)-mediated histone 3 lysine 27 trimethylation (H3K27me3), and a large number of genes encoding regulators that specify nonmyogenic lineages are demarcated by bivalent domains at their transcription start sites (TSSs). By comparing epigenetic profiles of QSCs from young and old mice, we also provide direct evidence that, with age, epigenetic changes accumulate and may lead to a functional decline in quiescent stem cells. These findings highlight the importance of chromatin mapping in understanding unique features of stem cell identity and stem cell aging.