Nature子刊：ESCs基因沉默的复杂机制

　　

生物通报道：最近，英国Babraham研究所的研究人员，发现了一种强大的基因相互作用网络，可使基因在早期发育阶段保持沉默。在形成一种三维结构的基因组中，也有短距离和长距离的相互作用。这一研究结果，发表在八月三十一日的《Nature Genetics》，展示了关键的决策基因（指定胚胎随后发育的蓝图），如何聚集在胚胎干细胞的核心，并保持在一个沉默的状态。延伸阅读：Nature：解开基因沉默的十年谜团。

形成一个胚胎的不同类型细胞，来源于胚胎干细胞（ESCs）。这些细胞是自我更新的，并保持在一个未分化的状态，从而意味着，它们有可能成为身体中任何类型的细胞。为了变成一种特殊的细胞类型，胚胎干细胞沿着一个发育通路发展，失去其干细胞特性，并获得了新的特性。在基因组水平上，假设一个专门的细胞身份反映了适当发育基因的开启。相反，保持干细胞的身份，就需要发育基因的抑制。

StemSure无血清干细胞冻存液 免费试用好礼等你拿！

利用Babraham研究所开发的一项新技术（启动子捕获Hi-C），研究人员在胚胎干细胞中发现了一个异常强大的发育基因3D网络。这些基因编码的蛋白质，可建立胚胎的身体计划，并指导器官发育。作为一个ESC，你不想这些指令在这个阶段被读取，所以为了避免这种情况，基因都聚集在一起并保持沉默。研究表明，这种抑制的关键是一个蛋白复合物，称为多梳抑制复合物（PRC1），ESC基因组结构的一个主调节器。因此，这项研究建立了一种机制，通过特定基因和PRC1之间的物理相互作用而发挥作用，从而有效地使基因保持在沉默的状态。这可以防止它们在ESCs的表达，并保证未分化状态的维持。

研究人员指出，基因从这个网络的选择性释放，可导致它们的表达，从而控制早期发育决策，启动干细胞沿路成为一种定义的细胞类型。最后，多梳复合物的下调，已被证明是多种癌症和发育障碍的原因，从而强调了理解“在发育和疾病中Polycomb介导的基因抑制”的重要性。

本文第一作者、该研究所细胞核动力研究项目组组长Sarah Elderkin博士说：“分析小鼠胚胎干细胞基因组中22,225个启动子的全基因组连接，可使我们识别一组启动子（近100个），它们组成了在整个基因组中所看到的最强大的互动网络。这是令人兴奋的，因为这组基因的成员编码早期发育的调控因子，它们指定胚胎干细胞将成为什么。本研究揭示了一种机制，发育基因的不适当表达是如何被阻止的，也表明，为了正常的胚胎发育进行，基因是如何摆脱这种沉默的。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Polycomb repressive complex PRC1 spatially constrains the mouse embryonic stem cell genome
Abstract: The Polycomb repressive complexes PRC1 and PRC2 maintain embryonic stem cell (ESC) pluripotency by silencing lineage-specifying developmental regulator genes. Emerging evidence suggests that Polycomb complexes act through controlling spatial genome organization. We show that PRC1 functions as a master regulator of mouse ESC genome architecture by organizing genes in three-dimensional interaction networks. The strongest spatial network is composed of the four Hox gene clusters and early developmental transcription factor genes, the majority of which contact poised enhancers. Removal of Polycomb repression leads to disruption of promoter-promoter contacts in the Hox gene network. In contrast, promoter-enhancer contacts are maintained in the absence of Polycomb repression, with accompanying widespread acquisition of active chromatin signatures at network enhancers and pronounced transcriptional upregulation of network genes. Thus, PRC1 physically constrains developmental transcription factor genes and their enhancers in a silenced but poised spatial network. We propose that the selective release of genes from this spatial network underlies cell fate specification during early embryonic development.