蠕虫的胚胎细胞如何改变其发育潜力

研究人员已经发现蛔虫染色体中的特定蛋白质如何使它们的后代在以后的几代人中产生专门的细胞，这一惊人的发现颠覆了传统观念，即细胞分化的遗传信息主要根植于DNA和其他遗传因素中。

约翰斯霍普金斯大学的团队首次报告了一种被称为组蛋白H3的蛋白质控制蠕虫胚胎何时以及如何产生高度特异性细胞和多能细胞的机制，这些细胞可以打开和关闭某些基因以产生不同种类的身体组织。详细信息今天发表在《科学进展》上。

这项新研究可以阐明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与多种癌症密切相关。

“这些突变在不同的癌症中非常普遍，因此了解它们在调节细胞命运和组织潜在分化中的正常作用可能有助于我们理解为什么其中一些在某些疾病中更为普遍，”主要作者RyanJ.Gleason说，他是一名博士后约翰霍普金斯大学生物学研究员。“我们正在研究的组蛋白是癌症和其他疾病中突变最严重的一些蛋白质。”

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，但单细胞生物中却充满了几乎相同的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解开为什么多能细胞在早期发育过程中如此多才多艺之谜提供了关键线索。

一段视频显示了蛔虫的细胞变化，从红色的组蛋白H3变体到绿色的富含H3的基因组。图片来源：RyanJ.Gleason，约翰霍普金斯大学。

研究人员透露，随着秀丽隐杆线虫蛔虫胚胎的生长，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”。当团队改变蠕虫的基因组以降低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。

“随着细胞分化，你开始在那个时间段表达百倍的组蛋白H3，这与谱系特异性调节相吻合，”格里森说。“当你在胚胎发生过程中降低H3的量时，我们能够改变正常的发育路径，以采用细胞命运的替代路径。”

在多能细胞中，组蛋白有助于打开和关闭某些基因，以适应特定的细胞类型，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，充当着告诉细胞如何发育的声音。基因的安静或响亮决定了细胞的命运。

新发现来自基因编辑技术CRISPR，该技术帮助研究小组追踪这两种组蛋白在蠕虫后代发育过程中所起的作用。Gleason说，在过去十年中，CRISPR让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、植物和微生物的特性有何影响。

约翰霍普金斯大学的XinChen说，尽管秀丽隐杆线虫蛔虫可以更深入地了解这些多能细胞是如何进化的，但仍需要进一步的研究来确定组蛋白如何支持由数百种细胞组成的人类和动物的胚胎发生。生物学教授和合作研究员。

“尽管我们正在使用这种小蠕虫来做出这些发现，但实际上这一发现不应该特定于一种动物，”陈说。“很难想象这些发现只适用于一种组蛋白或一种动物，但当然，还需要做更多的研究。”