細胞的命運決定機制

細胞的命運決定機制
國立臺灣大學生命科學系助教范姜文榮編譯

編譯來源：独立行政法人理化学研究所(RIKEN)2013年10月1日訊 <細胞の運命を左右する新しい分子メカニズムの一端を解明>

原文出自日本行政法人理化学研究所

從未分化的幹細胞到各類細胞的命運決定，與遺傳基因表現的啟動與關閉密切相關。幹細胞為了分化功能須維持其全能分化性¹，在維持分化相關基因活化的同時，實際上也有必要能停留於非活化狀態。

為了維持幹細胞此特性，扮演重要角色的是「基團蛋白質群」² 。過去研究已指出「基團蛋白質群」能在細胞分化、增值或抑制有關基因的所在位置，形成「基團蛋白抑制複合體」³，將該基因予以不活化，因此「基團蛋白抑制複合體」是幹細胞命運決定的主要因子，但其抑制基因表現、及抑制解除的分子機制仍幾乎未知。

日本理化學研究所的研究團隊使用老鼠基因改變技術及細胞影像技術，企圖解析「基團蛋白抑制複合體」對基因調控的機制。首先製作能使用螢光追蹤「基團蛋白質群」的基改老鼠，以瞭解此複合體在細胞核內位置。再透過顯微鏡觀察基改老鼠的胚胎細胞，發現在非活化狀態的基因區域，有「基團蛋白抑制複合體」頭尾聚合、連結在一起，形成斑點狀的「基團蛋白結構體」。

為瞭解「基團蛋白結構體」的角色，有必要觀察「基團蛋白結構體」形成情形。研究團隊推論「基團蛋白抑制複合體」的結構成分之一「Phc2蛋白質」具有自我聚合活性是關鍵所在。因此製作會引發聚合形成不全的基因異常老鼠，即Phc2基因點突變老鼠，並觀察其細胞狀態。結果如同預料，「基團蛋白結構體」未形成，且與基因表現啟動或關閉有密切相關的染色質結構也同時鬆開，而受到「基團蛋白抑制複合體」所抑制的基因群表現則上升。例如Hox基因表現增加，影響脊椎骨的形成方式；Cdkn2a基因表現增加，提早引發細胞老化。檢視Phc2基因點突變老鼠，發現「基團蛋白結構體」不全，誘導原應變為頸椎的脊椎骨位置，反而變為胸椎；原應為胸椎的位置，變為腰椎，出現體節位置變換現象。以上結果顯示「基團蛋白結構體」的形成能抑制細胞命運決定的相關基因。

該研究顯示「基團蛋白抑制複合體」本身聚合的促進與解除，對基因表現的啟動與關閉可能直接相關。今後如能解開此控制機制，就有希望能控制幹細胞的命運，有助再生醫療的發展。此研究成果刊載於2013年9月30日美國科學期刊「Developmental Cell」。

註解 :

1. 全能分化性 : pluripotency，指胚胎初期尚未分化的細胞，能發育成各種不同類型細胞。

2.基團蛋白質群 : polycomb group protein，經果蠅基因解析所辨識出、沿著身體前後軸的體節模式相關基因產物蛋白質的總稱。在哺乳動物約有20個基因被分類為基團蛋白質群相關。

3. 基團蛋白抑制複合體 : polycomb-group repressive complex，能頭尾自我聚合(polymerization)抑制基因表現。

參考資料：

Kyoichi Isono, Takaho A. Endo, Manching Ku, Daisuke Yamada, Rie Suzuki, Jafar Sharif, Tomoyuki Ishikura, Tetsuro Toyoda, Bradley E. Bernstein, and Haruhiko Koseki. “SAM domain polymerization links subnuclear clustering of PRC1 to gene silencing” Developmental Cell, 2013, http://dx.doi.org/10.1016/j.devcel.2013.08.016

延伸閱讀 :

1. 胚胎幹細胞育成視杯

http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=27443

2. 誘導多能幹细胞與再生醫學

http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?cat=4839