来自同济大学转化医学高等研究院、清华大学的研究人员发现，胚胎干细胞分化过程中需要一种在基因转录调控中扮演重要角色的组蛋白修饰，这有助于进一步理解胚胎干细胞分化的分子机制。相关成果以Letter形式发表于《Cell Research》杂志。

领导该研究的是同济大学生命科学与技术学院院长孙方霖教授。他于2006年回国，入选清华大学“百人计划”，受聘于清华大学医学院担任教授、博士生导师，之后入选长江学者特聘教授，并担任科技部“973”项目首席科学家。

表观遗传调控，尤其是细胞核内染色体高级组织形式，是当前干细胞研究领域的前沿和热点。包括胚胎干细胞和诱导多能干细胞在内的多能干细胞，通过遗传学和表观遗传学的复杂网络，维持自我更新与多向分化之间的精密平衡。

在表观遗传调控中，组蛋白修饰占据重要地位，其修饰方式包括乙酰化、磷酸化、糖基化、泛素化等。组蛋白H2B赖氨酸120的单泛素化（H2BK120ub）在多种物种的基因转录调控及高级有序染色质组织中发挥关键作用。

此前研究已证实，H2BK120和H2BK123是泛素化的保守位点，与人类细胞中高表达活性基因密切相关，但其在胚胎干细胞中的功能尚不清楚。本研究利用ChIP等多种方法，发现H2BK120ub对胚胎干细胞分化至关重要。

这一发现不仅再次证实了表观遗传调控对干细胞的影响，也进一步揭示了表观遗传调节多能干细胞“干性”的分子机制。

早在2006年，Burnham医学研究所的研究人员就发现人类胚胎干细胞DNA的化学修饰具有特征化、可预测的模式，可将胚胎干细胞与正常成体细胞及癌细胞区分开来。胚胎干细胞由经历强烈细胞活动的胚胎衍生而来，包括DNA甲基化过程。基因组中特定DNA序列的甲基化和脱甲基化对细胞行为和分化产生深远影响。

随后，英国剑桥大学等机构的科学家发现，小鼠多能干细胞具有不均一的分化潜能，这一机制受表观遗传学控制。胚胎干细胞中Stella的表达各不相同，Stella是多能细胞和生殖细胞的生物标志。研究发现，Stella阳性的胚胎干细胞倾向于发育成内胚层细胞团，而Stella阴性的则发育成外胚层细胞团。这种状态可以互换，证实了胚胎干细胞具有强可塑性，处于亚稳定状态。当饲养细胞释放的信号改变时，已建立稳定状态的干细胞也可发生改变，导致外胚层细胞生物标志变化。这种改变可由曲古抑菌素A（一种组蛋白去乙酰化酶抑制剂）诱导，从而修复Stella标志。

这些研究逐步深入验证了多能干细胞中表观遗传调控的重要性。近期高通量基因组研究工具的发展极大促进了该领域的研究，不断有证据表明，DNA、组蛋白和核小体修饰等表观遗传途径之间存在广泛串扰。新型绘图工具（如绘制染色体结构和染色体-核基质相互作用的图谱）首次描绘了基因组的三维结构，并整合了已有表观调控基因组数据，从而发现更多基因调控的新机制。