來自以色列希伯來大學(xué)（The Hebrew University）Silberman生命科學(xué)研究院（Silberman Institute of Life Science）,、拖拉維亞大學(xué)（Tel Aviv University）的研究人員利用一組攜帶有脆性X綜合征（Fragile X syndrome）突變的胚胎干細(xì)胞確定了突變的基因在發(fā)育過程中發(fā)揮作用的時間,，這一研究成果公布在《細(xì)胞－干細(xì)胞》（Cell Stem Cell）在線版上,。
這是首次利用從患有遺傳失序癥的胚胎中獲得的干細(xì)胞研究發(fā)現(xiàn)，早期胚胎發(fā)育過程中突變基因能正常行使功能,，但是這一功能會被細(xì)胞分化終止,，這一研究成果說明干細(xì)胞研究也許能用于動物模型不能進(jìn)行的,，疾病發(fā)生機制的研究。
希伯來大學(xué)的Rachel Eiges表示,，這項研究“提出了（人類胚胎干細(xì)胞）作為一種研究早期人類胚胎發(fā)育的模式系統(tǒng)的價值”,，“我們發(fā)現(xiàn)這可以作為一種強有力的工具分析特殊發(fā)育事件中一個特異突變的作用，這將有助于完成其它研究無法達(dá)到的目的,。”
脆性X綜合征是最常見的腦發(fā)育延遲遺傳性疾病,，屬于X-連鎖隱性遺傳病,，發(fā)病率在男性為1/4000,，女性為1/8000。脆性X綜合征的分子遺傳學(xué)基礎(chǔ)是在本病的致病基因FMR-1的5’UTR有一個不穩(wěn)定的多態(tài)性位點CGG重復(fù)序列,。在正常人中,，重復(fù)次數(shù)為5-60，而在病人中重復(fù)次數(shù)可能達(dá)到230次以上,，而女性攜帶者和正常男性后代通常插入為帶有60-200個重復(fù)序列的前突變,。除此標(biāo)志性的擴增外，全突變還包括緊鄰FMR-1基因的區(qū)域有異常的甲基化,。
但是由于這種失序癥的動物模型和分子模型都無法概括出胚胎發(fā)育過程中,，這個分子過程是如何發(fā)生的，因此研究人員無法確定這個突變是如何,，以及什么時候擾亂基因的功能,。
為了解答這個疑問，Eiges研究小組實驗設(shè)計獲得了一組攜帶有脆性X綜合征突變（通過植入前遺傳學(xué)診斷(preimplantation genetic diagnosis,，PGD)確認(rèn)）的人類胚胎干細(xì)胞系,，通過RT－PCR和Westen Blot分析,，他們發(fā)現(xiàn)這些未分化的干細(xì)胞會轉(zhuǎn)錄出脆性X基因,，產(chǎn)生FMR蛋白，但是當(dāng)細(xì)胞被誘導(dǎo)分化的時候,，F(xiàn)MR1 mRNA和FMR蛋白水平都會大幅下降,，這說明分化對于啟動沉默這個突變和引起疾病的癥狀都是必要的。
進(jìn)一步的實驗表明這個啟動過程屬于翻譯后修飾：染色體結(jié)構(gòu)中的一個蛋白（之前研究認(rèn)為在沉默基因方面起作用）在未分化的干細(xì)胞中未甲基化,，但是在分化之后就被甲基化了,。甲基化將FMR1基因區(qū)域的染色質(zhì)濃縮了，從而組織了轉(zhuǎn)錄,。
Eiges說,，“這一發(fā)現(xiàn)證明FMR1的失活是一個多步驟過程，是由分化調(diào)控和啟動的,。”
美國生物科技集團(tuán)先進(jìn)細(xì)胞技術(shù)公司（Advanced Cell Technology）的Robert Lanza認(rèn)為,，“顯然,，像這樣的干細(xì)胞系能幫助科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)人類遺傳失序癥的機制，并且也許未來將能發(fā)展出一種新的診斷治療以及干預(yù)治療的方法”,。
波士頓兒童醫(yī)院的M. William Lensch也認(rèn)為這項研究“令人激動”,，但是他也提到目前聯(lián)邦資助干細(xì)胞研究的限制，即禁止制造新的干細(xì)胞系,，這也許會阻遏這一研究,，“這項研究不能在美國進(jìn)行，除非它完全由私人資助,。”
原始出處:
Cell Stem Cell, Vol 1, 568-577, 15 November 2007
Short Article
Developmental Study of Fragile X Syndrome Using Human Embryonic Stem Cells Derived from Preimplantation Genetically Diagnosed Embryos
Rachel Eiges,1,2,5 Achia Urbach,1,5 Mira Malcov,3 Tsvia Frumkin,3 Tamar Schwartz,3 Ami Amit,3 Yuval Yaron,4 Amir Eden,2 Ofra Yanuka,1 Nissim Benvenisty,1, and Dalit Ben-Yosef3
1 Department of Genetics, Silberman Institute of Life Science, The Hebrew University, Jerusalem 91904, Israel
2 Department of Animal and Cell Biology, Silberman Institute of Life Science, The Hebrew University, Jerusalem 91904, Israel
3 Racine IVF Unit, Lis Maternity Hospital, Tel Aviv Sourasky Medical Center, Sackler Faculty of Medicine, Tel Aviv University, Tel-Aviv 69978, Israel
4 Prenatal Diagnosis Unit, Genetic Institute, Tel Aviv Sourasky Medical Center, Sackler Faculty of Medicine, Tel Aviv University, Tel-Aviv 69978, Israel
Corresponding author
Nissim Benvenisty
[email protected]
We report on the establishment of a human embryonic stem cell (HESC) line from a preimplantation fragile X-affected embryo and demonstrate its value as an appropriate model to study developmentally regulated events that are involved in the pathogenesis of this disorder. Fragile X syndrome results from FMR1 gene inactivation due to a CGG expansion at the 5′UTR region of the gene. Early events in FMR1 silencing have not been fully characterized due to the lack of appropriate animal or cellular models. Here we show that, despite the presence of a full mutation, affected undifferentiated HESCs express FMR1 and are DNA unmethylated. However, epigenetic silencing by DNA methylation and histone modification occurs upon differentiation. Our unique cell system allows the dissection of the sequence by which these epigenetic changes are acquired and illustrates the importance of HESCs in unraveling developmentally regulated mechanisms associated with human genetic disorders.
