细胞|广东科研团队《自然》刊文，揭示细胞命运调控的“蝴蝶效应”
一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶扇动几下翅膀 ， 可能两周后会在美国德克萨斯引起一场龙卷风 ， 这就是著名的蝴蝶效应 。 你是否知道 ， 人体内细胞命运调控也有类似现象？中科院广州生物医药与健康研究院科学家团队日前发表的最新研究成果 ， 便揭示了人体内的“蝴蝶效应” 。
8月24日 ， 国际权威期刊《自然》子刊《自然·代谢》（Nature Metabolism）在线发表了中科院广州生物医药与健康研究院刘兴国课题组的最新研究成果 ， 发现了多能干细胞命运调控的“表观组—代谢组—表观组”跨界蝴蝶效应 。
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刘兴国 。
“在真核细胞内有两个具有遗传物质的细胞器：线粒体与细胞核 ， 已有跨越20亿年的‘爱恋’ 。 它们在一个细胞内共生共存、相恋相依 ， 促成地球上诞生了真核生物 ， 演化出灿烂的生命和智慧 。 ”刘兴国团队成员介绍 ， 进化过程中细胞核保存了很多线粒体的基因 ， 使线粒体成为细胞的能量提供者 。
然而 ， 反过来 ， 线粒体如何调控细胞核是一直未回答的基本科学问题 。
“诱导多能干细胞（iPSC）技术具有疾病模型、移植治疗的临床应用意义 ， 同时为细胞转换机理研究提供了良好模型 。 ”刘兴国团队独辟蹊径 ， 选取新颖视角 ， 以iPSC为模型 ， 通过系统研究线粒体对细胞核的表观遗传调控 ， 揭示细胞命运决定的全新模式 。
团队最新发布的研究成果 ， 从离子、组分、代谢等多个角度系统描述了线粒体重塑与细胞核重编程的“旷世奇缘” ， 对多能性调控过程中的诸多重要问题 ， 提供了全新的研究视角 。
据介绍 ， 该研究着眼于被称为“Yamanaka第五因子”的Glis1 ， 这一母系转录因子只在卵子和受精卵中表达 。 研究团队首先发现Glis1不仅促进正常细胞重编程 ， 而且实现了衰老细胞重编程 ， 进一步发现由Glis1得到的iPSC基因组更加稳定 。 这些表明Glis1是一个强有力的细胞命运决定因子 。
在此基础上 ， 研究团队运用多组学技术 ， 全面解析并归纳了Glis1介导多能性获得的独特3阶段途径——“表观组—代谢组—表观组”跨界级联反应 。
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多能干细胞命运调控的“表观组—代谢组—表观组”跨界蝴蝶效应示意图 。
具体而言 ， 在阶段1随机阶段 ， 在Glis1的作用下开启糖酵解基因的表达 。 随之而来的“化蛹成蝶”阶段 ， 细胞从线粒体氧化磷酸化到糖酵解的代谢重塑过程得到促进 ， 产生更多的代谢物：乙酰辅酶A和乳酸 。 这两类代谢物是代谢与表观遗传联系的关键分子 。 在阶段3决定阶段 ， 在两类代谢物调控下 ， 在染色质水平打开并促进基因转录表达 ， 加速了多能性的获得 。
“化蛹成蝶阶段通过独特的代谢重塑连接阶段1和3 ， 来实现表观基因组信号的级联扩增 。 转录因子Glis1犹如蝶恋花的‘微风’ ， 引发全基因组水平多能性的‘龙卷风’ ， 颇似蝴蝶效应 。 ”刘兴国说 。
据了解 ， 本研究提出细胞命运调控的跨界级联反应概念 ， 具有广泛的生理病理意义 。 从亚细胞水平出发 ， 这一研究方向的未来工作可望进一步拓宽细胞命运决定的新模式 ， 并在临床转化中实现新应用 。
【采访人员】卞德龙
【细胞|广东科研团队《自然》刊文，揭示细胞命运调控的“蝴蝶效应”】【通讯员】黄博纯
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