PNAS：细胞在重编程过程中难以完全改变身份的原因

来源：作者：人气：-发表时间：2024-09-25 14:10:00【大中小】

摘要：一项新的研究表明，对特化细胞进行重新编程以成为不同类型的细胞。

一项新的研究表明，对特化细胞进行重新编程以成为不同类型的细胞，这是再生医学的一个关键过程，面临着一个重大障碍。挑战在于细胞的DNA甲基化模式，这就像细胞的“记忆”标记。这项研究表明，这些模式经常阻止重编程细胞完全接受它们的新身份，限制了它们对长期治疗的有效性。这项研究为这些限制提供了新的见解，并有助于开发更好的医学应用中的细胞转化方法。

希伯来大学的Yosef Buganim教授和Howard Cedar教授以及宾夕法尼亚大学的Ben Stanger教授领导的一项新研究发表在《美国国家科学院院刊》上，该研究为将一种特化细胞转化为另一种特化细胞的挑战提供了新的视角，这是再生医学进步的关键过程。尽管最近取得了进展，但研究人员发现，维持重编程细胞新身份的一个关键障碍在于它们原来的DNA甲基化模式——这是定义细胞身份的关键标记。

图1 转分化发生时不会重置发育特异性DNA甲基化是全功能细胞身份的关键决定因素

细胞重编程通常通过一种被称为反分化的过程来实现，它使科学家能够将细胞转化为不同类型的细胞，例如将皮肤细胞转化为心脏细胞。虽然这些转化最初看起来是成功的，但随着时间的推移，新重新编程的细胞往往不能保持它们的新身份。结果呢?这些细胞的行为与目标细胞类型只有部分相似，限制了它们在长期治疗或治疗应用中的应用。

为了更好地理解这个问题，研究人员开发了一种新的方法来分析细胞转化过程中DNA甲基化的变化。DNA甲基化是一种化学过程，有助于调节细胞中哪些基因活跃，作为一种细胞记忆，锁定细胞的身份。通过研究实验室培养的细胞和动物组织中直接细胞转化的各种模型，研究小组发现，尽管细胞可能开始看起来和表现得像它们的新类型，但它们保留了原来的DNA甲基化模式。

“尽管基因表达发生了重大变化，但重新编程的细胞无法完全消除其原始发育指令。这限制了他们完全接受新角色的能力”。

该研究表明，嵌入在DNA调控区域的发育限制阻止了细胞重新设置这些模式。因此，重新编程的细胞无法成为其预期类型的完全功能版本。

“这一发现为理解完成细胞重编程的分子障碍开辟了新的途径，”Cedar教授补充说。“这也使我们更接近于找出如何克服这些障碍，这可能对未来的医学应用产生重大影响，包括组织再生和疾病建模。”

这些发现标志着细胞重编程领域迈出了重要的一步，为未来基于细胞的治疗提供了如何实现稳定和功能性细胞转化的关键见解。

参考资料

[1] Transdifferentiation occurs without resetting development-specific DNA methylation, a key determinant of full-function cell identity