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生命科學(xué)中是否存在類(lèi)似支付二維碼一樣的二進(jìn)制規(guī)律密碼?中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院裴端卿課題組通過(guò)研究干細(xì)胞誘導(dǎo)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在發(fā)生“返老還童”時(shí)，染色質(zhì)的“開(kāi)—關(guān)”狀態(tài)恰似二維碼一樣記錄了這個(gè)過(guò)程的大量信息。通過(guò)破譯這些“二維碼”的內(nèi)在含義，他們闡述了干細(xì)胞誘導(dǎo)過(guò)程的變化機(jī)制。該研究成果于近日發(fā)表在《細(xì)胞·干細(xì)胞》上。

成纖維細(xì)胞在導(dǎo)入誘導(dǎo)因子后，會(huì)啟動(dòng)一套奇妙的未知程序，將體細(xì)胞返老還童到受精后約3.5天的狀態(tài)。這種將體細(xì)胞誘導(dǎo)為多能干細(xì)胞是探索細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變機(jī)理的理想體系。過(guò)去10年來(lái)，全世界的科學(xué)家都在研究此奇妙過(guò)程，但在深層機(jī)制研究中并沒(méi)有抽象出具有普遍性邏輯或者規(guī)律。

“形象地說(shuō)，DNA就像一本百科全書(shū)，每個(gè)細(xì)胞都攜帶著能形成個(gè)體的所有信息，但在某個(gè)特定階段，只能翻開(kāi)這本書(shū)里面的一部分。我們的工作就是記錄從體細(xì)胞到多能干細(xì)胞過(guò)程中，打開(kāi)這本書(shū)的方式，以及研究是什么‘手’在翻書(shū)。”論文第一作者李東偉博士說(shuō)。他們通過(guò)使用ATAC-seq技術(shù)去讀取染色質(zhì)“開(kāi)—關(guān)”狀態(tài)的“二維碼”，發(fā)現(xiàn)在多能性獲得和細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變過(guò)程中染色質(zhì)結(jié)構(gòu)具備由從開(kāi)放到關(guān)閉(OC)和關(guān)閉到開(kāi)放(CO)間的二元變化規(guī)律，且“二維碼”在整個(gè)干細(xì)胞誘導(dǎo)過(guò)程中一直在變化。

裴端卿介紹，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)檢測(cè)細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變過(guò)程中染色質(zhì)開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)變化模式，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞“返老還童“過(guò)程伴隨著大規(guī)模染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重排，首先會(huì)關(guān)閉體細(xì)胞特異性位點(diǎn)，同時(shí)逐漸打開(kāi)多能性相關(guān)位點(diǎn);在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重排的進(jìn)程中，發(fā)現(xiàn)Sap30作為一個(gè)重編程過(guò)程被激活的重要因子，會(huì)通過(guò)促進(jìn)去乙酰化修飾來(lái)抑制體細(xì)胞關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞命運(yùn)向多能性方向轉(zhuǎn)變。這部分研究結(jié)果首次揭示了體細(xì)胞重編程過(guò)程中染色質(zhì)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化的規(guī)律，并為理解體細(xì)胞重編和其他相關(guān)細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變提供了新的參考理論模型。