癌表观遗传研究权威Cell发布最新突破成果

来自哈佛-麻省总医院，霍德华休斯医学院等处的研究人员发表了题为“Genome-wide Chromatin State Transitions Associated with Developmental and Environmental Cues”的文章，绘制出了一张范围广，种类多的人类组织和干细胞的染色质全基因组图谱，获得了功能性遗传学元件研究突破，并由此进行了前所未有的功能基因组诠释，相关研究成果公布在1月17日Cell杂志在线版上。

　　

生物通报道：来自哈佛-麻省总医院，霍德华休斯医学院等处的研究人员发表了题为“Genome-wide Chromatin State Transitions Associated with Developmental and Environmental Cues”的文章，绘制出了一张范围广，种类多的人类组织和干细胞的染色质全基因组图谱，获得了功能性遗传学元件研究突破，由此进行了前所未有的功能基因组诠释，相关研究成果公布在1月17日Cell杂志在线版上。

领导这一研究的是哈佛-麻省总医院，霍德华休斯医学院研究员Bradley E. Bernstein，这位学者在癌症表观遗传学研究领域近年来获得了一些关键的研究进展，比如DNA甲基化分布图等，并在各大顶级期刊上对这一研究领域进行了综述介绍，受到了多方关注。

自从在癌基因和肿瘤抑癌基因中发现最早的频发突变（recurrent mutation）以来，人们已经明确癌症在很大程度上是一种遗传疾病。几乎所有的人类肿瘤都保留着反映其起源组织的表型，由此突显了癌症生物学中表观遗传学的中心地位。事实上，科学家们也越来越认识到可传递的表观遗传改变（对基因组或其支架的化学修饰，不涉及核苷酸序列改变）有可能重新获得，而这些表突变（epimutation）也可能会促使癌变。

由此癌症表观遗传学蓬勃的发展了起来，其中一个关键元件就是染色质，染色质组织差异是造成单遗传背景，多细胞状态的关键，然而目前关于体内组织这一部分的情况，科学家们还知之甚少。

在这篇文章中，研究人员在之前研究的基础上，绘制出了一张范围广，种类多的人类组织和干细胞的染色质全基因组图谱，获得了功能性遗传学元件研究突破，由此进行了前所未有的功能基因组诠释，分析了这些遗传学元件在发育阶段，细胞谱系，细胞环境等方面的调控机制。

并且研究人员还揭示出了表观基因组学与细胞核构架之间的整体特征，核构架在不同细胞表型中也表现不同。具体来说，研究人员发现发育特异性伴随着渐进染色体限制而产生，而后者是从动态重构模式转变为常见压实的一种默认转换。如果体外接触到血清，就会启动一个明显的转变，其中包括带有结构性异染色质（constitutive heterochromatin）特征的结构域重构。

这项研究中，研究人员详细阐述了这些整体染色质状态转变，如何与染色体和细胞核构架相互作用，并探讨了这些作用元件在细胞谱系保真性，细胞衰老和重编程中的重要意义。

此前这一组研究人员还绘制出了DNA甲基化分布图，DNA甲基化是表观遗传修饰的一个重要机制，它能从一个DNA序列产生不同模式的基因表达。它对正常发育至关重要，其功能失常可引起癌症和其他异常。

研究人员利用高通量亚硫酸氢盐测序与单分子测序相结合的方法，以核苷酸分辨率获得了在胚胎干细胞中和在由它们形成的各种不同的细胞类型中DNA甲基化的一个分布图。该分布图显示了基因组中甲基化随细胞发育（如当胚胎干细胞成熟成为神经细胞时）而变化的特定点。

（生物通：张迪）

原文摘要：

Genome-wide Chromatin State Transitions Associated with Developmental and Environmental Cues

Differences in chromatin organization are key to the multiplicity of cell states that arise from a single genetic background, yet the landscapes of in vivo tissues remain largely uncharted. Here, we mapped chromatin genome-wide in a large and diverse collection of human tissues and stem cells. The maps yield unprecedented annotations of functional genomic elements and their regulation across developmental stages, lineages, and cellular environments. They also reveal global features of the epigenome, related to nuclear architecture, that also vary across cellular phenotypes. Specifically, developmental specification is accompanied by progressive chromatin restriction as the default state transitions from dynamic remodeling to generalized compaction. Exposure to serum in vitro triggers a distinct transition that involves de novo establishment of domains with features of constitutive heterochromatin. We describe how these global chromatin state transitions relate to chromosome and nuclear architecture, and discuss their implications for lineage fidelity, cellular senescence, and reprogramming.