耶路撒冷希伯来大学医学院医学研究所的YossiBuganim教授同计算机科学工程学院计算生物学TommeyKaplan教授共同开展了一项开创性研究,该研究发现了DNA中的14,000个独特的位点。这些位点绘制出了胚胎发生的基本蓝图——胚胎的形成。该研究发现已在《自然-通讯》学术期刊发表。
2006年,日本科学家将4个胚胎基因植入皮肤细胞,并且成功将皮肤细胞重新编辑成为胚胎干细胞。由皮肤制造的人造胚胎干细胞与胚胎成型初期负责一切细胞生成的天然干细胞完全一致。但是,这种干细胞不能生成胚胎外组织,例如胎盘。
2015年,Buganim教授及其团队首次发现了将皮肤细胞转化为人造胚胎干细胞的方法。这个发现使得科学家可以创造出存在于卵子受精后胚胎发展过程中出现的两种早期干细胞。在这项研究中,博士生MohammadJaber、AhmedRadwan和NetanelLoyfer所在的希伯来大学研究团队针对皮肤细胞将自身转化为胚胎干细胞或胎盘干细胞的过程进行了深入研究。
“我们针对皮肤细胞通过改变自身特征,从而变成某一种(共两种)早期干细胞这一过程进行了分析。着眼于皮肤细胞在基因表达、表观遗传标记(即修饰DNA并负责基因表达的标记)和皮肤细胞转化中其细胞核内DNA的活性与可及性的改变。这些变化对于将皮肤细胞转化为人造干细胞或胚胎干细胞来说至关重。”Buganim教授解释道。
当皮肤细胞向人造胚胎干细胞转化时,负责形成大脑、心脏和肝脏的DNA在获得正确的信号后,就会开始重组并分化为大脑、心脏和肝脏的细胞。当这些相同的皮肤细胞转化为人造胎盘干细胞时,细胞中的DNA位点便开始自我重组以允许已经变化的细胞植入本体并附着进入血管,这是一种自然发生的过程,便于胚胎植入子宫。


研究团队将两种转化过程进行了比对,获得了重大发现。他们观察到了一种名为甲基的化学分子,该分子与DNA特定区段相互作用,并负责抑制其表达。Buganim对此分享道,“我们发现人造胎盘干细胞中含有近14,000个甲基DNA位点,但人造胚胎干细胞中却完全没有该物质。”
当研究小组尝试了解这些DNA区段的重要性时,发现它们负责创造胚胎发育中的所有器官和细胞——包括大脑、心脏、肝脏和肾脏,以及骨骼、脊髓和结缔组织。
未来,这一重大发现或许可以有助于解读胚胎防御系统。这套系统会阻止早期胎盘细胞发育成胚胎细胞。Buganim解释称,“这是由于胎盘细胞容易受到损伤和感染,所以人体的自然防御机制就会阻止胎盘细胞迁移、附着到发育中的胚胎上,阻止其成为整体。总的来说,该研究阐明了当前人类对细胞进行重新编辑技术的关键特性,并为研究细胞可塑性和细胞命运决定提供了强大工具。”