Nature子刊:用代谢物改变细胞命运

【字体: 时间:2015年11月18日 来源:生物通

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  细胞维持生命的化学活动会生成许多简单的化合物,它们被称为代谢物。科学家们最近发现,生命初始阶段的代谢物改变能调控胚胎干细胞的发育。这项研究于十一月十六日发表在Nature Cell Biology杂志上。

  

生物通报道:细胞维持生命的化学活动会生成许多简单的化合物,它们被称为代谢物。科学家们最近发现,生命初始阶段的代谢物改变能调控胚胎干细胞的发育。这项研究于十一月十六日发表在Nature Cell Biology杂志上。

人类卵细胞受精之后就会沿着输卵管下行,同时分裂形成胚胎细胞团。这些植入前的原始态胚胎细胞具有多能性,可以分化为人体内任何一种细胞。发育中的胚胎植入子宫内壁,就意味着受孕成功。这时原始态(naive)干细胞会经历关键性改变,它们迈出分化的第一步,成为始发态(primed)干细胞。“植入子宫是一件非常困难的事,大多数胚胎做不到这一点,”这项研究的领导者,华盛顿大学的Hannele Ruohola-Baker教授说。

再生医学领域的研究者们对这一转变特别感兴趣,因为植入前的原始态干细胞比植入后的始发态干细胞更好操纵。 为了深入理解原始态和始发态干细胞之间的差异,华盛顿大学的Yuliang Wang比较了它们的基因表达图谱。研究显示,这两种细胞的差异涉及了细胞代谢基因。“这些代谢基因(尤其是与线粒体功能有关的基因)的表达水平在始发态干细胞中更高,” Wang说。“尼克酰胺-N-甲基转移酶(NNMT)的基因表达也存在很大差异。”

为了明确这些改变的具体影响,研究人员通过质谱技术分析了细胞的代谢物水平。他们发现,可以根据代谢组图谱区分原始态和始发态干细胞。举例来说,原始态干细胞富含甲基烟酰胺(MNA)。(延伸阅读:Cell子刊:决定细胞命运的关键蛋白

MNA是代谢酶NNMT的产物,活跃NNMT能消耗S-腺苷蛋氨酸的一个甲基。该甲基通常用于一种表观遗传学调控——组蛋白甲基化。如果S-腺苷蛋氨酸供给不足,组蛋白甲基化调控就不能发生。

这项研究表明,原始态干细胞的NNMT减少了细胞内可用的甲基,限制了组蛋白甲基化的基因抑制。始发态干细胞的NNMT活性比较低,细胞具备充足的S-腺苷蛋氨酸,用于始发态所需的表观遗传学修饰。

研究人员还通过CRISPR基因编辑技术向人们展示,仅操纵NNMT活性就可以将细胞稳定在原始态或者始发态。“这项研究告诉我们,代谢物能够推动细胞功能和分化的关键性改变,”Ruohola-Baker说。“这不仅加深了我们对人类胚胎发育的理解,还提出了用代谢物(相对简单的化合物)改变细胞命运甚至治疗疾病的可能性。

 

生物通编辑:叶予

生物通推荐原文:The metabolome regulates the epigenetic landscape during naive-to-primed human embryonic stem cell transition. Nature Cell Biology

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