通过研究胚胎干细胞调节DNA包装的机制，科学家发现了一个心脏形成的新调控因子。他们表示，这种发现遗传调控因子的方法或许能够提供关于身体内所有组织（如肝、脑、血液等）形成的深入了解。
干细胞具有分化为所有细胞类型的潜力。一旦做出选择，该细胞与其他干细胞遵循相同的命运分化路径，形成器官组织。
由华盛顿大学领导的研究小组对干细胞如何转变为心肌细胞特别感兴趣，旨在通过组织再生修复受损心脏。主要参与者包括心脏病理学家和干细胞生物学家Charles Murry博士、从事胚胎发育控制研究的Randall Moon博士，以及负责探究人类基因组操作系统的John Stamatoyannopoulos博士。论文第一作者是华盛顿大学博士生Sharon Paige。研究结果发表在9月28日的《Cell》杂志上。
Paige是一位有志于成为儿科心脏病专家的学者，他表示：“通过确定心脏发育的调控因子，这项工作有可能促成对先天性心脏病病因的更好了解，从而为治疗进展铺平道路。”
以往华盛顿大学的研究人员研究了促使细胞生成各种心脏组织的信号。在本研究中，他们进入了一个相对未经探索的领域，决定探究干细胞转变为心脏组织背后的遗传调控机制。
由于干细胞会将它们的DNA密码维持在保密状态直至需要之时，科学家们研究了这种包装随时间改变，允许读取部分密码，从而引起细胞内变化的机制。
DNA被包装在一种称为染色质的结构中。Murry解释说：“DNA可以被包装成紧密关闭、中间状态或激活状态。紧密关闭状态类似于汽车上的刹车。”
就像一个闭口不言的孩子被问道“你长大时会是什么样？”一样，干细胞保护着那些将决定它们未来细胞类型的基因，或科学家们称之为的细胞命运。
Murry说：“我们发现干细胞非常谨慎地避免在错误的时间开启细胞命运的调控基因。这些基因带着刹车直到需要它们之时，在正确的时间刹车被除去。”
他解释说，相比那些调控细胞命运的基因，调控细胞功能的基因情况有所不同。例如，调控使细胞收缩或生成电信号的蛋白质生成的基因就没有这样复杂的刹车系统，这些基因可以被更轻易地激活。
研究人员指出，人们已经知道干细胞遵循修饰DNA包装的模式，将其与祖细胞及其具有功能特性的细胞（如血液细胞或肌肉细胞）区分开来。然而，对于DNA包装修饰的动态——包装如何随时间发生改变——以及这些动态影响了哪些“暴露”的基因并激活生成心肌细胞，还知之甚少。
研究小组了解到，随着人类胚胎干细胞转变为心脏细胞，DNA包装中特征性的动态改变伴随着分化。这种信号灯模式使得科学家们能够将心脏发育的关键调控因子与其他基因区分开来。研究人员将DNA包装中这种严格的定时模式称为“时间染色质标记”。
就像一个银行抢劫犯在给银行出纳员的手写字条中留下了罪证，这种时间染色质标记为科学家们提供了寻找有可能负责心脏形成的新基因所需的线索。
“我们发现了一群，”Murry说。他们的系统揭示的头号候选基因就是同源盒基因MEIS2。这一基因似乎是一种不可能的选择，因为它从前未有参与心脏形成的记录。然而，当研究人员从新一代的斑马鱼中移除这一基因时，发育中的斑马鱼胚胎出现了心脏管形成缺陷和其他心脏异常。
Murry和研究小组的其他成员认为，DNA解包装模式可以广泛适用于发现调控不仅心脏还有其他组织和器官形成的基因。这样的一种研究方法可能有助于揭示伴随胚胎形成以及生长而发生在细胞中的主要发育决定。这些发现可能提供有用的信息，促进干细胞形成特异组织，用于生命后期的器官修复。
认识到实验室系统在模拟人类器官形成早期阶段活细胞中发生事件方面的局限性，Murry说：“利用这一时间染色质标记来发现调控基因，能够带给我们关于人类发育的新认识以及调控细胞命运的新工具。”
（生物通：何嫱）