《Nature》表觀遺傳修飾成功將星形膠質細胞重編程為腦干細胞

來源：作者：人氣：-發表時間：2024-09-06 13:27:00【大中小】

摘要：科學家發表了一項針對小鼠的研究，強調了表觀遺傳變化如何使腦干細胞和星形膠質細胞之間產生差異。

先前的研究發現，休眠的腦干細胞和正常的星形膠質細胞之間的基因表達相似，盡管它們具有非常不同的功能。德國癌癥研究中心(DFKZ)和海德堡大學的科學家們對星形膠質細胞表觀遺傳變化的新研究有助于解釋這是如何可能的。這項工作的細節發表在《Nature》雜志上，題為“DNA甲基化控制健康和缺血時星形膠質細胞的干性”。

大多數星形膠質細胞支持大腦中的神經細胞。腦干細胞是一種特殊類型的星形膠質細胞，可以分化成各種腦細胞。通過對小鼠的實驗，研究人員發現，大腦中血液供應的缺乏會從表觀遺傳學上將星形膠質細胞重新編程為腦干細胞，而腦干細胞隨后會產生神經祖細胞。這些發現對再生醫學具有啟示意義。他們認為星形膠質細胞可能被重新編程以取代受損的神經細胞。

圖1 DNA甲基化控制健康和缺血星形膠質細胞的干性

在論文中，研究人員解釋了他們是如何研究兩種神經細胞類型之間的聯系的。他們從心室-室下區(vSVZ)分離出普通的星形膠質細胞和腦干細胞，vSVZ是成年小鼠大腦中具有年輕神經元的區域。他們分析了基因表達數據以及細胞中甲基化的模式。他們注意到，腦干細胞有一種獨特的甲基化模式，使它們與其他星形膠質細胞區別開來。

具體來說，“腦干細胞中的某些基因被去甲基化，否則這些基因只會被神經前體細胞使用。這使得腦干細胞能夠激活這些基因，以便自己產生神經細胞，”DFKZ的博士生、當前出版物的第一作者Lukas Kremer解釋說。正常的星形膠質細胞具有DNA甲基化阻斷這一途徑的基因。

接下來，研究人員探索甲基化是否可以用于將vSVZ外大腦區域的星形膠質細胞轉化為腦干細胞。如果可能的話，這將是“再生醫學修復大腦受損區域的重要一步”，DKFZ的小組組長、該研究的主要研究人員之一Ana Martin-Villalba博士指出。“專門改變甲基化譜的技術可能代表了一種產生新神經元和治療神經疾病的新治療方法。”

圖2 成年NSC譜系的單細胞三組學

研究小組從先前對中風或腦損傷等疾病的研究中了解到，當大腦的血液供應被切斷時，新神經細胞的數量會增加。為了研究甲基化的改變是否參與了這一過程，他們在短時間內切斷了小鼠大腦的血液供應。他們發現具有典型干細胞甲基化特征的星形膠質細胞甚至存在于vSVZ外，以及更多的神經祖細胞。

“血液供應的缺乏顯然會導致大腦某些區域的星形膠質細胞重新分配DNA上的甲基標記，從而使它們的干細胞程序變得容易獲得。然后，重新編程的細胞開始分裂，形成新的神經元的前體，”海德堡項目小組組長、該研究的主要研究人員之一Simon Anders博士說。如果我們能更好地理解這些過程，我們或許能在未來專門刺激新神經元的形成。例如，中風后，我們可以增強大腦的自我修復能力，這樣損傷就可以修復。”

參考資料

[1] Global impact of unproductive splicing on human gene expression