《Nature》表观遗传修饰成功将星形胶质细胞重编程为脑干细胞

来源：作者：人气：-发表时间：2024-09-06 13:27:00【大中小】

摘要：科学家发表了一项针对小鼠的研究，强调了表观遗传变化如何使脑干细胞和星形胶质细胞之间产生差异。

先前的研究发现，休眠的脑干细胞和正常的星形胶质细胞之间的基因表达相似，尽管它们具有非常不同的功能。德国癌症研究中心(DFKZ)和海德堡大学的科学家们对星形胶质细胞表观遗传变化的新研究有助于解释这是如何可能的。这项工作的细节发表在《Nature》杂志上，题为“DNA甲基化控制健康和缺血时星形胶质细胞的干性”。

大多数星形胶质细胞支持大脑中的神经细胞。脑干细胞是一种特殊类型的星形胶质细胞，可以分化成各种脑细胞。通过对小鼠的实验，研究人员发现，大脑中血液供应的缺乏会从表观遗传学上将星形胶质细胞重新编程为脑干细胞，而脑干细胞随后会产生神经祖细胞。这些发现对再生医学具有启示意义。他们认为星形胶质细胞可能被重新编程以取代受损的神经细胞。

图1 DNA甲基化控制健康和缺血星形胶质细胞的干性

在论文中，研究人员解释了他们是如何研究两种神经细胞类型之间的联系的。他们从心室-室下区(vSVZ)分离出普通的星形胶质细胞和脑干细胞，vSVZ是成年小鼠大脑中具有年轻神经元的区域。他们分析了基因表达数据以及细胞中甲基化的模式。他们注意到，脑干细胞有一种独特的甲基化模式，使它们与其他星形胶质细胞区别开来。

具体来说，“脑干细胞中的某些基因被去甲基化，否则这些基因只会被神经前体细胞使用。这使得脑干细胞能够激活这些基因，以便自己产生神经细胞，”DFKZ的博士生、当前出版物的第一作者Lukas Kremer解释说。正常的星形胶质细胞具有DNA甲基化阻断这一途径的基因。

接下来，研究人员探索甲基化是否可以用于将vSVZ外大脑区域的星形胶质细胞转化为脑干细胞。如果可能的话，这将是“再生医学修复大脑受损区域的重要一步”，DKFZ的小组组长、该研究的主要研究人员之一Ana Martin-Villalba博士指出。“专门改变甲基化谱的技术可能代表了一种产生新神经元和治疗神经疾病的新治疗方法。”

图2 成年NSC谱系的单细胞三组学

研究小组从先前对中风或脑损伤等疾病的研究中了解到，当大脑的血液供应被切断时，新神经细胞的数量会增加。为了研究甲基化的改变是否参与了这一过程，他们在短时间内切断了小鼠大脑的血液供应。他们发现具有典型干细胞甲基化特征的星形胶质细胞甚至存在于vSVZ外，以及更多的神经祖细胞。

“血液供应的缺乏显然会导致大脑某些区域的星形胶质细胞重新分配DNA上的甲基标记，从而使它们的干细胞程序变得容易获得。然后，重新编程的细胞开始分裂，形成新的神经元的前体，”海德堡项目小组组长、该研究的主要研究人员之一Simon Anders博士说。如果我们能更好地理解这些过程，我们或许能在未来专门刺激新神经元的形成。例如，中风后，我们可以增强大脑的自我修复能力，这样损伤就可以修复。”

参考资料

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