哥本哈根大学的一项突破性研究揭示了细胞分裂过程中传递表观遗传信息对于胚胎干细胞正常功能的重要性。胚胎干细胞是培养皿中的细胞，类似于非常早期胚胎的细胞，能够重现发育过程。这项发现对衰老、癌症和再生医学具有广泛的影响。

诺和诺德基金会蛋白质研究中心教授安雅·格罗斯（Anja Groth）表示：“建立对细胞及其后代如何保留其身份以及为什么这种记忆对其改变能力很重要的机制理解，是至关重要的。”她补充道：“这些过程是细胞如何在生物体衰老时保持最佳功能的根本，因此，了解我们在这里描述的过程可能会带来新的方法来对抗与衰老和癌症相关的功能衰退。”

我们体内数万亿个细胞具有相同的遗传信息，但表观遗传信息决定了每种类型的细胞（如神经、肌肉、皮肤等）表达哪些特定基因，并有可能将此信息传递给其子细胞。在这项研究中，研究人员试图解释组蛋白传递的表观遗传信息如何支持表观基因组和细胞身份。

诺和诺德干细胞医学基金会中心教授约书亚·布里克曼（Joshua Brickman）表示：“了解控制表观遗传记忆的层次可能是衰老和避免癌症的关键，并促进再生医学应用中更有效的细胞重编程和转分化。”这项研究是在小鼠胚胎干细胞上进行的，但研究人员表示，它很好地揭示了该机制在人类细胞中的工作原理，因为这些机制是所有活细胞的基础。

遗传信息的作用

领导这项研究的格罗斯实验室（CPR）最近还发现，组蛋白在DNA复制过程中通过复制遗传密码的同一机器进行传递。诺和诺德蛋白质研究基金会的博士后阿尔瓦·比兰（Alva Biran）和该研究的共同第一作者说：“通过使用这些信息，我们能够操纵机器来创建小鼠胚胎干细胞，其中一条子DNA链缺乏带有记忆信号的传递组蛋白，而另一条DNA链则获得了全部信息。”这使研究人员处于一个独特的位置，使他们能够回答关于非基因编码信息传输作用的长期问题。这很重要，因为母细胞将精确数量的化学修饰组蛋白传递给其子细胞，研究人员发现这能够实现与细胞身份相关的功能特性的平衡遗传。

“一旦信息传递被破坏，表观基因组就会失去保真度，导致依赖于H3-H4组蛋白上记忆信号传递的基因表达发生改变，并导致细胞失去胚胎发育的能力，”安雅·格罗斯说。

再生医学的更好可能性

在这项研究中，研究人员将重点放在干细胞上，但这项研究本身首次证明了这种遗传对于细胞功能和分化至关重要。约书亚·布里克曼说：“这项研究对生物体发育和成体组织的稳定维持等生理过程具有重要意义，同时为疾病中可能出现的问题提供了重要线索。此外，我们希望能够操纵这些过程，作为开发更好的基于细胞的产品和再生医学治疗方法的手段。”

该论文发表在《自然遗传学》上。DOI: 10.1038/s41588-023-01476-x