科技前沿：胚胎幹細胞保護染色體末端的獨門秘笈

圖片來源：Pixabay
根據癌症研究中心（Center for Cancer Research，CCR）科學家的一項新的研究顯示，胚胎幹細胞有一種獨到的方法來保護端粒。端粒作為染色體兩端的結構，隨著每次細胞分裂而縮短。美國國立衛生研究院（NIH）基因組遺傳學實驗室的Stadtman研究員Eros Lazzerini Denchi博士領導的研究團隊發現，在DNA受損時，大多數的細胞修複暴露的端粒，而胚胎幹細胞與之不同，胚胎幹細胞啟動了特殊的基因，後者通常指在發育的早期發揮作用，進而避開不想要的DNA修複。研究團隊的發現來源於小鼠胚胎幹細胞的研究，發表在2020年11月25日的《自然》雜誌（Nature）。
通過揭示意料之外的細胞端粒保護途徑，新發現可能有助於解釋癌細胞產生的一些生存策略，癌細胞必須找到一種方法，避免自然狀況下端粒縮短帶來的生長限製，而端粒的縮短同樣發生在老化的進程。
胚胎幹細胞，出現在胚胎發育的早期，具有一種特殊的能力，幾乎能夠發育成為身體任何一種特定類型的細胞。Lazzerini Denchi和同事們首次發現細胞保護端粒的特殊途徑，他們觀察到細胞失去TRF2蛋白也能存活，TRF2能結合並保護染色體的末端。TRF2對於數百種不同類型的細胞來說都極其重要。一旦失去TRF2，暴露的染色體末端會啟動有缺陷的DNA損傷修複通路，該通路會將失去保護的染色體末端縫合在一起。染色體融合後的細胞失去了分裂的能力。但是當Lazzerini Denchi的團隊移除了胚胎幹細胞的TRF2，染色體保留了遺傳活性，細胞也繼續分裂增殖。


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他說：“我們以為細胞很快會出毛病，事實卻恰恰相反，細胞總體來說，活得挺好。”然而，隻要研究人員誘導TRF缺陷的幹細胞分化並到達進一步發育的狀態，TRF缺陷的幹細胞就會表現得與其他TRF缺陷的細胞一樣：染色體融合，細胞迅速死亡。


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團隊的博士後Marta Markiewicz-Potoczny領導了隨後的實驗，研究人員發現，如果去除TRF2並使得端粒失去保護，胚胎幹細胞啟動一係列基因進行應對，這一係列的基因通常隻會在受精後短暫地啟動，那時一個胚胎隻由兩個細胞構成。Lazzerini Denchi說：“一旦我們把端粒弄得一團糟，胚胎幹細胞就會開始表達一些基因，這些基因通常在胚胎形成很早的時候表達。這些基因通常在胚胎幹細胞和其他任何細胞中都處於關閉狀態，但在這種情況下，這些基因更多地被表達。”
這一反應似乎是TRF缺陷的細胞增殖能力的關鍵。在成體細胞中，細胞分裂會逐漸導致端粒縮短，然而，端粒序列在發育早期時會被持續地延長。研究人員說，通過激活發育早期表達的基因，胚胎幹細胞有可能延長暴露在外的端粒，而非激活DNA損傷反應。
研究團隊的實驗表明，ZSCAN4作為控製發育的基因之一，可能是胚胎幹細胞保護端粒末端的一個關鍵組成。ZSCAN4有時在癌細胞中被激活，可能幫助癌細胞逃避端粒縮短對正常生長的限製。
翻譯：陳振翀
審校：巢栩嘉
原文鏈接：https://medicalxpress.com/news/2020-11-embryonic-stem-cells-strategy-chromosome.html


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