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研究:細胞會記錄自身成長全部歷史

研究發現,成年人身體組織的細胞留存胚胎期至今的成長訊息。(Fotolia)
研究發現,成年人身體組織的細胞留存胚胎期至今的成長訊息。(Fotolia)

編譯/張妮
美國丹娜法伯癌症研究所(Dana-Farber Cancer Institute)研究人員發現,成年人身體的組織細胞內,留存著它們從胚胎時期至今所有的生長訊息。

之前科學界普遍認為,成年人的細胞已經不帶有胚胎階段的訊息,這份研究顛覆了這一認知。

這項研究主要作者、哈佛醫學院Ramesh Shivdasani和同事發現,這些「胚胎記憶」以一種稱為「甲基組」分子,在細胞內的DNA上用綁定和脫離的形式儲存。這些甲基組所綁定的DNA片段位置以及其分子數量,共同決定著各種基因的激活和休眠。每個DNA片段甲基組的特定排列,也稱為「甲基模式」。

在這份新研究中,研究人員著重研究了DNA片段中稱為「增強子」(enhancers)區域的甲基模式。「增強子」好比控制基因開啟和關閉的鑰匙。

Shivdasani說,在從胚胎向嬰兒發育的過程中,細胞不斷在做決定要發育成哪種細胞。這個過程就是靠控制各個基因的開啟和關閉來實現。在特定發育階段,特定群組的「增強子」被激活,就像一個樂團,其中不同的小組在不同階段演奏樂曲的不同部分。

到嬰兒完全成型後,在人的一生中,活躍的增強子大體上就保持不變了。那些胚胎早期發育用到的「增強子」看起來就像被關閉了,基本沒有任何活動。

科學家之前不知道,人體細胞到底能保持多少胚胎階段的發育訊息?以及這些訊息能被重啟嗎?這份新研究通過對老鼠腸細胞的實驗,回答了這2個問題。

研究人員在老鼠的腸細胞中發現了一整套,近乎完整的在腸子發育初期活躍的增強子檔案。而且他們發現,在缺乏PRC2蛋白質(PRC2蛋白質是細胞用於關閉特定基因的關鍵蛋白之一)的情況下,多數那些發育初期才活躍的增強子,在2週內再次活躍了起來。

Shivdasani說:「我們發現成年細胞不僅保留著胚胎和嬰兒期的發育記憶,而且在特定條件下,這些記憶可以被重啟。這些檔案訊息被安全地存放在那裡,而且可以被精準地調用。」

現階段,研究人員仍不明確為什麼成年細胞中會留存這些分子發育訊息。一種可能性是它們就是作為一種歷史訊息存在那裡,就像「化石」一樣;另一個可能性是,細胞在某個時期需要調用這些訊息進行自我修復。

這份研究成果為再生藥物領域開闢了蹊徑。科學家將繼續探索是否可以掌控這些細胞記憶,用於人體器官再生。如果可行,這樣從患者自身細胞發展來的新生器官,將不會有排異的問題,將非常安全。

另外,研究人員認為,這對癌症治療也很有意義。因為他們認為癌細胞離開器官「發源地」在人體內轉移的機制,就是靠開啟嬰兒時期的某些發育基因來實現。了解細胞在嬰兒期活躍的增強子檔案,有助於開發新的抗癌標靶藥物,以停止癌細胞的擴散。

這份研究近期發表在《分子細胞》(Molecular Cell)期刊上。◇