人新老胚胎干细胞X染色体失活机制和染色质形态存在差别

根据加州大学洛杉矶分校再生医学和干细胞伊莱和伊迪特-布罗德中心(Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research at UCLA)研究人员的一项研究，已建立的人胚胎干细胞系，包括得到美国前总统乔治-沃克-布什批准的联邦研究基金资助的那些细胞系，跟新获得的人胚胎干细胞系存在差别。


阿曼德-克拉克(Amander Clark)是加州大学洛杉矶分校生命科学学院分子、细胞和发育生物学系助理教授，也是这项研究的主要作者。她说，这一发现指出继续获得新干细胞系的重要性，这样研究人员就可以更好理解多能性，即这些细胞制造人体任何一种细胞的能力。

克拉克说，“找出产生我们能够制造的最高质量多功能干细胞系的特征是非常重要的。很可能迄今为止我们还未对胚胎干细胞或多诱导性多功能干细胞设置足够高的标准。我们现在知道已建的细胞系不同于新获得的细胞系，而且现在我们不得不查明这是多么地重要。”

2011年11月30日，这项研究提前在线发表在得到同行评鉴的《人类分子遗传学》(Human Molecular Genetics)期刊上。

这一研究首先研究了加州大学克拉克实验室在2009到2011年期间开发的首批6种人胚胎干细胞系，而且这些细胞系已经被2009年3月创建的美国国家卫生研究院胚胎干细胞登记处所接纳，也就意味着它们将被用于联邦资金资助的研究项目上。

在她的研究中，克拉克决定将研究胚胎干细胞X染色体失活以及关闭其中一个X染色体的机制作为切入点，这是因为这是一个大的物理标记，容易在单个细胞中进行可视化观察。克拉克想把已建立的胚胎干细胞系中这种特异性分子标记跟从人胚泡(blastocyst)获得的新胚胎干细胞中发生的情形作番比较。

用于研究的已建立的细胞系是来自于2001年前获得的一组干细胞系。克拉克说，在这一领域，人们好几年前早就知道大多数已建立的细胞系会经历X染色体失活，而且她的研究也证实了这点。然而，随着时间的推移，克拉克还发现这种分子标记不再反映X染色体失活的正常过程。

在雌性细胞中，X染色体正常情况下是由非编码RNA导致失活的，是一种特殊形式的染色质。在异常状态下，就像在更老的已建立的人胚胎干细胞中发现的那样，X染色体也是失活的，但是这种失活过程不受非编码RNA调控，而且染色质也有所不同。

克拉克说，“经典的分子标记不再起作用，这就意味着在已建立的胚胎干细胞系中其他东西在调节这X染色体失活。找出这种东西具体是什么将是非常重要的，而且不论是对雄性细胞系还是雌性细胞系而言，发现细胞核中所发生的我们不能观察的其他变化同样也是非常重要的。”

克拉克研究小组产生的新胚胎干细胞系是从已经接受体外受精战胜不孕的夫妻捐献给布罗德干细胞研究中心的胚胎中获得的。而且这些夫妻不再计划储存他们冻存的胚胎用于生殖的目的，并且拒绝把胚胎捐献给其他人用作生殖。

这些人胚胎保存在冻存的小管中，然后把它们从生殖诊所转移到加州大学洛杉矶分校干细胞获得实验室。克拉克研究小组随后解冻它们，经过6到7天的发育后，这些胚胎，或者胚泡，含有一簇称作内细胞团(inner cell mass)的细胞。而内细胞团就是新胚胎干细胞系的来源。

在内细胞团阶段再生长3到4周后，克拉克实验室检查了人胚胎干细胞系，发现在很多细胞中，两条X染色体仍然是活性的，使得它们更加类似于从原始内细胞团中获得的细胞。

克拉克说，渐渐地，随着培养时间的流逝和冷冻保存---无论这些细胞系最终如何保存---一条X染色体失活，它们变得跟较老的已建立的细胞系一样，如异常的X染色体失活。

克拉克说，问题是来自内细胞团的首批培养的细胞是不是拥有更高质量，研究人员是否应当渴求它们用于具有潜在医疗意义的研究。

克拉克说，“将这些细胞稳定在非常年轻的状态将有可能被证实为是非常重要的，因为这时细胞特征最接近于内细胞团。我们想问的就是这些细胞当分化为临床细胞类型时是否确保最佳质量。”

保持两条X染色体活性对于研究诸如雷特综合症(Rett Syndrome)之类的模式疾病也是非常重要的。

接下来，克拉克将研究三种状态的人胚胎干细胞，即X染色体正常失活的细胞系，X染色体异常失活的细胞系以及两条X染色体仍然保持活性的细胞系。克拉克将寻求理解每种状态下的分化潜能。

这篇研究阐述道，“我们的研究数据强调了维持人胚胎干细胞获得研究的重要性。建立标准化的人胚胎干细胞系应当是所有人多功能干细胞研究的基石。开发新的旨在维持人多功能细胞核的表观遗传状态特征更加接近于经过6或7天发育的人胚泡的实验方法是朝建立更加强健的标准化培养的关键一环。”