颠覆传统观点的惊人发现：胚胎细胞组蛋白影响细胞命运

　　

研究人员已经发现线虫染色体中的特定蛋白质如何使它们的后代在几代之后产生特化的细胞，这一惊人的发现颠覆了传统的观点，即细胞分化的遗传信息主要根植于DNA和其他遗传因素中。

约翰霍普金斯大学的研究小组首次报告了一种名为组蛋白H3的蛋白质控制线虫胚胎产生高度特异性细胞和多能细胞的时间和方式的机制，多能细胞可以打开或关闭某些基因，以产生不同类型的身体组织。细节发表在今天的《Science Advances》杂志上。

这项新研究可能会揭示与这些蛋白质相关的突变如何影响各种疾病。例如，在儿童和年轻人中，组蛋白H3与各种癌症密切相关。

“这些突变在不同的癌症中非常普遍，所以了解它们在调节细胞命运和潜在组织分化中的正常作用，可能有助于我们理解为什么其中一些突变在某些疾病中更普遍，”约翰霍普金斯大学生物学博士后Ryan J. Gleason说。“我们正在研究的组蛋白是癌症和其他疾病中变异最多的蛋白质之一。”

组蛋白是染色质的组成部分，染色质是细胞核内染色体的结构支持。虽然组蛋白H3在植物和动物等多细胞生物中特别丰富，但单细胞生物中充满了几乎相同的H3变体。这就是为什么科学家们认为H3及其变体的比例差异为多能细胞在早期发育中如此多才多艺的奥秘提供了重要线索。

研究人员揭示，随着秀丽隐杆线虫线虫胚胎的生长，其系统中H3水平的增加限制了其多能细胞的潜力或“可塑性”。当研究小组改变线虫的基因组以降低H3的数量时，他们成功地延长了多能性的时间窗口，而多能性通常在较老的胚胎中丢失。

Gleason说:“当细胞分化时，你开始在那个时间段表达一百倍的组蛋白H3，这与谱系特异性调控相吻合。当你在胚胎发生过程中降低H3的含量，我们就能够改变正常的发育路径，采用替代细胞命运的路径。”

在多能性细胞中，组蛋白帮助开启或关闭某些基因，从而形成特定的细胞类型，无论是神经元、肌肉还是其他组织。基因受到组蛋白的高度调控，就像一个声音，告诉细胞如何发育。基因的安静与否决定了细胞的命运。

这项新发现来自基因编辑技术CRISPR，该技术帮助研究小组追踪了这两种组蛋白在线虫后代发育过程中所起的作用。Gleason说，在过去的十年里，CRISPR使科学家们更容易研究改变遗传物质的具体细节，并发现这对动物、植物和微生物性状的影响。

尽管秀丽隐杆线虫线虫让我们更深入地了解了这些多能细胞是如何进化的，但还需要进一步研究组蛋白是如何支撑人类和由数百种细胞组成的动物的胚胎发生的。

翰·霍普金斯大学的Xin Chen说:“尽管我们使用这种小线虫来进行这些发现，但这一发现不应该只针对一种动物。很难想象这些发现只适用于一种组蛋白或一种动物，当然，还需要做更多的研究。”

Ryan J. Gleason, Yanrui Guo, Christopher S. Semancik, Cindy Ow, Gitanjali Lakshminarayanan, Xin Chen. Developmentally programmed histone H3 expression regulates cellular plasticity at the parental-to-early embryo transition. Science Advances, 2023; 9 (14)