华裔牛人两篇Cell子刊连发干细胞重要发现

来自耶鲁大学医学院的研究人员证实，胚胎干细胞（ESCs）借助高水平的休眠源保护基因组对抗了复制压力。这一研究发现发布在《Stem Cell Reports》杂志上。

领导这一研究的是现任美国耶鲁大学终身教授林海帆( Haifan Lin)。其长期从事干细胞研究，曾证实人体干细胞微环境存在，并在博士期间首次发现第一个启动胚胎细胞分裂的基因在美国学术界引起轰动，被评为美国当年最出色的遗传学博士论文之一；2006发现并命名新的一类遗传调控分子piRNA，被世界顶尖科学期刊《Science》评为年度十大科学突破之一。凭借着卓越的科研成果，林海帆教授多次获得美国高层次学术嘉奖。林海帆现还是上海科技大学的特聘教授。

ESCs是源自囊胚内细胞团，能够维持自我更新状态，并保留了多谱系特化及分化能力的一类原始干细胞。维持基因组的完整性对于干细胞，尤其是ESCs至关重要。其中一个重要的方面就是确保DNA复制的保真度。在真核生物基因组中，DNA在成千上万个复制起始点启动复制。

微小染色体维持蛋白（MCM）是真核生物DNA复制的主要调控因子之一，其家族成员包括MCM2、MCM3、MCM4(Cdc21)、MCM5(Cdc46)、MCM6(Mis5)、MCM7(Cdc47)。MCM2-7装载成六聚体复合物构成DNA复制许可因子，启动DNA复制。

在细胞分裂S期时，每个MCM2?7复合物都可以发挥解旋酶作用解开DNA聚合酶前面的双链DNA来启动复制。MCM2?7复合物以比启动DNA复制所需高5-20倍的量装载到基因组上。这些过量的MCM2?7复合物通常保持休眠状态，当主复制叉放缓或停顿时它们会启动后备复制叉来挽救复制；因此，它们被称作为是休眠源。

当遭遇紧密结合蛋白质-DNA复合物、转录机器、重复序列或DNA损伤时，复制叉往往会停顿。长时间的复制叉停顿会增加复制叉瓦解和双链DNA断裂的可能性，导致染色体重排和基因组不稳定。作为一种保卫机制，Dos是对抗复制叉停顿的第一道防线。研究证实在遭受复制压力时容易发生断裂的染色体脆性位点具有较低的激活Dos的能力。Dos减少的小鼠显示基因组不稳定、年龄相关的功能障碍及形成肿瘤。在人类中先天MCM4低效等位基因缺陷被发现与各种异常及基因组不稳定性增高有关联。

在这篇文章中研究人员证实，相比于组织干/祖细胞如神经干/祖细胞(NSPCs)，胚胎干细胞包含更多的Dos。部分耗尽Dos不会影响ESC的自我更新但会损害它们分化。由于累积DNA损伤及凋亡，NSPCs中Dos减少损害了这些细胞的自我更新。并且，Dos减少的小鼠显示异常的神经发生并影响了胚胎的发育能力。

这些结果揭示出具有更多Dos的ESC相比于组织特异性的干/祖细胞能够更好地保护自身对抗复制压力。

此外，在不久前林海帆教授还在《Cell Reports》杂志上发表文章，证实在果蝇睾丸中Piwi是成体干细胞和生殖干细胞（GSC）两者的关键调控因子。研究证实降低睾丸中Piwi的活性可导致包囊干细胞（CySC）分化缺陷。与此同时，GSC子细胞扩展超出中心细胞的附近范围，但却无法进一步分化。此外，他们证实Piwi核定位缺陷可引起体细胞和生殖细胞相似的分化缺陷，通过在体细胞中表达Piwi则可以挽救这一缺陷。Fasciclin 3 (Fas3)是性腺中体细胞发育至关重要的一个基因。在进一步的分子机制研究中，研究人员确定了Piwi是通过靶向Fas3的piRNAs，调控Fas3的表达来发挥它的功能的。这项研究揭示出了Piwi通过它的表观遗传机制，对成体干细胞和生殖干细胞起着至关重要的作用。

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