科学家利用三维绘图技术揭开血液干细胞的神秘面纱

　　Princess Margaret Cancer Centre 的科学家们揭示了干细胞是如何在我们的一生中产生新的血细胞的方法，这是观察我们基因物质中巨大的、未知的区域，这些区域掌握着细微的细胞生物学变化的重要线索。
　　这一发现是从研究正常血液中获得的，可用于加强干细胞移植的方法，也可能有助于了解 Cancer 细胞中发生的过程，以及怎么能够在化疗后存活下来，并在康复多年后怎么会复发生长。
　　这项研究利用最先进的测序技术对人类干细胞的表观遗传景观进行了基因组范围的分析，揭示了基因如何通过染色质的三维折叠来调控的重要信息。
　　染色质由DNA和蛋白质组成，后者将DNA封装成紧密的结构，存在于细胞核中。染色质结构的变化与DNA复制、修复和基因表达有关(打开或关闭基因)。
　　Princess Margaret Cancer Centre 高级科学家马蒂厄·卢皮恩博士和约翰·迪克博士的这项研究，发表在二0二0年十一月二十五日(星期三)的《细胞干细胞》科学期刊上。
　　约翰·迪克博士是多伦多大学分子遗传学系教授，他说，＂我们无法全面了解是什么使干细胞以特定的方式发挥作用，或者是什么使其运转正常。＂
　　＂干细胞通常处于休眠状态，但它们需要偶尔被激活才能维持血液系统的运转。了解这种向激活的转变是能够利用干细胞的力量进行的关键，也是了解恶性细胞如何改变这种平衡的关键。＂
　　干细胞是强大的、有力的、稀有的。但它的优势在于它们是在需要时被激活以补充新的血细胞，还是被无赖地迅速分裂并产生突变，还是静静地处于原始状态。
　　几十年来，科学家们一直困惑于如何将刀刃转化为这些不同的干细胞状态。现在，通过这项研究，我们对干细胞的定义有了更好的理解，并使其以一种特殊的方式发挥作用。
　　＂我们正在探索未知的领域，＂多伦多大学医学生物物理学系副教授 Mathieu Lupien 博士说，＂我们必须研究细胞基因组的折纸，才能理解为什么有些人能够在我们的一生中自我更新，而另一些人则失去了这种能力。我们必须超越遗传学本身所能告诉我们的范围。＂
　　在这项研究中，科学家们聚焦于基因组中经常被忽视的非编码区域：大量的DNA片段没有基因(即不编码蛋白质)，但仍然保留着重要的调控元素，这些调控元件决定基因是开启还是关闭。
　　隐藏在这些非编码DNA中--约占基因组的98%--不仅控制着数千个基因的活动，而且在许多领域中也起着重要作用。
　　研究人员检查了两种不同的人类造血干细胞或未成熟细胞，它们经过几个步骤才能发育成不同类型的血细胞，如白细胞、红细胞或血小板。
　　他们观察了人类骨髓中发现的长期造血干细胞(HSCs)和短期造血干细胞(HSCs)。研究人员希望描绘出长期细胞的＂休眠＂状态所涉及的细胞机制，以及它们持续的自我更新能力，与那些能够快速转变成各种血细胞的更原始、激活和＂准备就绪＂的短期细胞相比，它们具有持续的自我更新能力。
　　研究人员发现，两种干细胞类型在三维染色质结构上存在差异，这是很重要的，因为染色质的排列或折叠方式以及环状影响了基因和基因组其他部分的表达和调控方式。
　　利用最先进的三维映射技术，科学家们能够分析和联系长期干细胞类型与染色质折叠蛋白 ctcf 的活性及其调节300个基因的表达以控制长期自我更新的能力。
　　迪克博士说：＂到目前为止，我们还没有对干细胞以特定方式发挥作用的全面看法。＂他补充说，这300个基因代表了科学家们现在认为的长期干细胞的＂本质＂。
　　他补充说，长期休眠细胞是一种防止恶性肿瘤的＂保护＂，因为它们可以长期存活并逃避，许多年后有可能导致复发。
　　然而，他补充说，一种短期干细胞将变得活跃，比长期干细胞分裂和繁殖更快，它可以收集更多的突变，有时还会发展成血癌。
　　迪克博士说：＂这项研究为我们深入了解了癌症是如何开始的，以及某些 Cancer 细胞如何能够保留干细胞的特性，从而使它们能够长期存活。＂
　　他补充说，对干细胞的更深入了解也可以帮助干细胞移植，通过在体内(体外)刺激和生长这些细胞来改善移植。