干細(xì)胞在分子水平發(fā)生了什么,，使它成為一種細(xì)胞而不是另一種,？在什么點上它被委以細(xì)胞命運，它又是如何被委任的,？這些問題的答案一直未弄清楚,。但現(xiàn)在，在一些標(biāo)志著對干細(xì)胞命運了解向前邁進(jìn)一大步的研究中,，加利福尼亞理工學(xué)院的研究人員已追蹤到確保某些干細(xì)胞成為T細(xì)胞的一種分級發(fā)育過程,，其中T細(xì)胞是幫助破壞入侵病原體的免疫細(xì)胞。
這是第一次如此詳細(xì)地分割一個天然的發(fā)育過程,，一步一步地深入,，觀察基因組中所有基因的活性。從遺傳學(xué)來說,，這意味著這個系統(tǒng)確實不存在任何隱藏,。
研究人員對多能造血前體細(xì)胞進(jìn)行了研究，它是一種干細(xì)胞樣細(xì)胞,，表達(dá)各種基因,，且有分化成包括免疫系統(tǒng)細(xì)胞在內(nèi)的大量不同類型血細(xì)胞的能力。他們將小鼠全基因組考慮在內(nèi),，列出在前體細(xì)胞轉(zhuǎn)化成定型T細(xì)胞中起作用的所有基因,，并確定了每個基因在發(fā)育過程的什么時候打開。同時,，還追蹤了指引前體細(xì)胞到各種替代途徑中的基因,。結(jié)果不僅表明了T細(xì)胞發(fā)育過程何時，也表明了T細(xì)胞發(fā)育過程如何關(guān)閉啟動替代命運的基因。
生產(chǎn)T細(xì)胞是一個分子事件級聯(lián)過程,，包括5個階段,，即：2個定型前階段、1個定型階段和2個定型后階段,。研究人員確定出了5個階段都表達(dá)的基因,，包括許多編碼調(diào)節(jié)蛋白的基因，其中調(diào)節(jié)蛋白稱為轉(zhuǎn)錄因子,，可開關(guān)特定基因,。在第二與第三階段之間會出現(xiàn)一個主要的調(diào)節(jié)變化，此時開始T細(xì)胞定型,。這時,，激活非定型干細(xì)胞相關(guān)基因的大量轉(zhuǎn)錄因子關(guān)閉，然而激活T細(xì)胞發(fā)育將來步驟必需基因的其他因子則打開,。
該研究不僅觀察了各階段中表達(dá)什么基因,，也觀察了什么使那些基因特定時間表達(dá)成為可能。一個關(guān)鍵調(diào)節(jié)成分是轉(zhuǎn)錄因子基因自身的表達(dá),。此外,，還確定了用作轉(zhuǎn)錄因子停泊位點的控制序列，這些序列用傳統(tǒng)分子生物學(xué)技術(shù)在小鼠和人通常難以確定,，研究人員花了近10年時間設(shè)法創(chuàng)造單基因控制序列的綜合性圖譜,。
為繪制可能控制序列的圖譜，還對表觀遺傳標(biāo)志進(jìn)行了研究,。表觀遺傳標(biāo)志是化學(xué)修飾,，如改變DNA成束方式的那些。它們與DNA特定區(qū)域相關(guān),，其中DNA特定區(qū)域作為轉(zhuǎn)錄因子作用的后果,，因此它們能影響鄰近基因開關(guān)的難易。確定表觀遺傳標(biāo)志加入或移除的DNA區(qū)域,，就為確定T細(xì)胞發(fā)育期間開關(guān)的許多基因的控制序列鋪平了道路,。
這項研究應(yīng)用了兩種方法，這兩種方法為研究完成提供了可能性,。首先是超高通量DNA測序,，用它來確定基因表達(dá)的主要變化出現(xiàn)在發(fā)育途徑的什么階段。這種技術(shù)放大自數(shù)百萬細(xì)胞樣本收集的DNA序列,，將它們依次序列好,，與已知基因組序列進(jìn)行對比，確定哪一種基因富集或更大量,。那些富集的就是最可能表達(dá)的基因,。第二重要方法包括體外組織培養(yǎng)系統(tǒng),，它使研究人員能大量生產(chǎn)早期同步化的T細(xì)胞前體，觀察變化條件對單個細(xì)胞產(chǎn)T細(xì)胞或其他細(xì)胞的影響,。（生物谷bioon.com）
doi:10.1016/j.cell.2012.01.056
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Dynamic transformations of genome-wide epigenetic marking and transcriptional control establish T cell identity
Jingli A. Zhang, Ali Mortazavi, Brian A. Williams, Barbara J. Wold, Ellen V. Rothenberg
T cell development comprises a stepwise process of commitment from a multipotent precursor. To define molecular mechanisms controlling this progression, we probed five stages spanning the commitment process using RNA-seq and ChIP-seq to track genome-wide shifts in transcription, cohorts of active transcription factor genes, histone modifications at diverse classes of cis-regulatory elements, and binding repertoire of GATA-3 and PU.1, transcription factors with complementary roles in T cell development. The results highlight potential promoter-distal cis-regulatory elements in play and reveal both activation sites and diverse mechanisms of repression that silence genes used in alternative lineages. Histone marking is dynamic and reversible, and though permissive marks anticipate, repressive marks often lag behind changes in transcription. In vivo binding of PU.1 and GATA-3 relative to epigenetic marking reveals distinctive factor-specific rules for recruitment of these crucial transcription factors to different subsets of their potential sites, dependent on dose and developmental context.
