Cell Stem Cell推荐文章：关键分化基因

　　

生物通报道：来自日本千叶大学(Chiba University)细胞与分子医学系，日本理化学研究免疫与过敏研究所等处的研究人员发现了造血干细胞分化成血细胞的关键基因，这一研究成果对于造血干细胞研究，以及血液生成的机理研究具有重要的意义，相关论文发表在《Cell Stem Cell》杂志上，并且被作为特写文章推荐。

造血干细胞（hemopoietic stem cell）是所有血细胞和免疫细胞的起源，它不仅可以分化为红细胞、白细胞和血小板，还可跨系统分化为各种组织细胞，因此是多功能干细胞。这种存在于造血组织中的一群原始造血细胞，定向分化、增殖为不同的血细胞系，并进一步生成血细胞。

造血干细胞是血细胞（红细胞、白细胞、血小板等）的鼻祖，是高度未分化细胞，具有良好的分化增殖能力，干细胞可以救助很多患有血液病的患者（如白血病），但是目前究竟是哪些因素影响着一个特定细胞类型的产生，科学家们并不是十分清楚。

之前的研究表明，一些特定的细胞因子能影响造血干细胞的分化过程，比如在骨髓细胞研究案例中，有两种相关蛋白是联合行动的，一种蛋白是位于细胞内的转录因子（transcription factor），另一种蛋白则是位于细胞外的细胞因子（cytokine）。

在这篇文章中，研究人员发现当他们敲除Bmi1这个基因的时候，造血干细胞启动了一些平时沉默的基因，这些基因开始表达，导致造血干细胞失去了多能性，只能分化成淋巴细胞，由此研究人员认为Bmi1基因是造血干细胞生成血细胞过程中的一个关键分化基因。

Bmi1基因属于转录抑制因子多疏基基因家族中的成员之一，在调节干细胞自我更新、细胞增殖和衰老中发挥重要作用。近年来研究表明Bmi-1在多种肿瘤中表达异常，在肿瘤的发生、发展中发挥重要作用。

研究人员通过小鼠基因敲除实验，证明了小鼠中原本应该生成红细胞或白细胞的造血干细胞，只生成了特定的淋巴细胞。这些研究都说明了Bmi1基因的关键作用。这一研究对于造血干细胞研究，以及血液生成的机理研究具有重要的意义。

另外日本理化学研究所的研究人员近期还发现了25种存在于白血病的干细胞中、可引起白血病复发的主要原因分子。他们为了解白血病干细胞的特征，对从白血病患者体内得到的白血病干细胞遗传基因，和能够正常制造免疫、血液细胞的正常造血干细胞进行了比较，发现了25种存在于白血病干细胞中的分子。这些分子包括白血病干细胞的细胞表面分子，制造白血病细胞时细胞增殖、生存所必需的激酶等酵素、以及与核中干细胞肿瘤有关的DNA特殊结合蛋白质等。这些分子可在白血病干细胞中发现，在维持正常血液、免疫的血液干细胞中却没有发现。

研究小组用处于白血病状态的小鼠进行骨髓内病态成像处理，发现这些分子也存在于白血病干细胞的特殊场所。这就可杀死白血病干细胞、保护正常免疫，同时向实现根治急性骨髓性白血病又进了一步。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Poised Lineage Specification in Multipotential Hematopoietic Stem and Progenitor Cells by the Polycomb Protein Bmi1

Polycomb group (PcG) proteins are essential regulators of stem cells. PcG and trithorax group proteins mark developmental regulator gene promoters with bivalent domains consisting of overlapping repressive and activating histone modifications to keep them poised for activation in embryonic stem cells. Bmi1, a component of PcG complexes, maintains the self-renewal capacity of adult stem cells, but its role in multipotency remains obscure. Here we show that Bmi1 is critical for multipotency of hematopoietic stem cells (HSCs) and multipotent progenitors (MPPs). B cell lineage developmental regulator genes, Ebf1 and Pax5, appeared to be transcriptionally repressed by bivalent domains before lineage commitment. Loss of Bmi1 resulted in a resolution of bivalent domains at the Ebf1 and Pax5 loci, leading to their premature expression in HSC/MPPs accompanied by accelerated lymphoid specification and a marked reduction in HSC/MPPs. Thus, Bmi1 is required to reinforce bivalent domains at key developmental regulator gene loci to maintain lineage specification poised for activation in adult stem cells.