科學(xué)網(wǎng)廣州12月8日訊（記者朱漢斌 通訊員黃博純）今天，國際著(zhù)名學(xué)術(shù)期刊《細胞?干細胞》發(fā)表了中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院研究員裴端卿、陳捷凱課題組最新科研成果。據悉，該課題組通過(guò)對干細胞命運誘導過(guò)程的研究，發(fā)現細胞命運轉換也遵循一個(gè)二進(jìn)制規律。

　　信息時(shí)代是計算機語(yǔ)言的二進(jìn)制碼（0-1）驅動(dòng)的，0與1二進(jìn)制演繹出豐富多彩的虛擬世界，包括熱門(mén)的人工智能AI。那么，生命科學(xué)是否也存在類(lèi)似的0-1二進(jìn)制規律的密碼？科學(xué)家通過(guò)對染色質(zhì)的開(kāi)放與關(guān)閉的研究，發(fā)現在體細胞誘導為干細胞時(shí)，染色質(zhì)與細胞變化有關(guān)的位置存在一個(gè)“開(kāi)-關(guān)”的基本調控邏輯。在此邏輯體系下，科學(xué)家闡述了干細胞誘導過(guò)程的變化機制。

　　DNA含有生物個(gè)體的所有遺傳信息，但這些信息如何被閱讀出來(lái)，是生命科學(xué)面臨基本科學(xué)問(wèn)題之一。過(guò)去10年來(lái)，全世界的科學(xué)家都在研究這一奇妙的過(guò)程，得到的成果極大地豐富了人類(lèi)對細胞命運調控的認識。但目前對這一過(guò)程的了解主要以觀(guān)察變化的現象為主，并沒(méi)有從中抽象出具有普遍性邏輯或者規律。

　　在該研究中，科研人員采用ATAC-seq技術(shù)讀取染色質(zhì)“開(kāi)”與“關(guān)”的狀態(tài)。通過(guò)測定體細胞向多能干細胞轉變過(guò)程中每個(gè)染色質(zhì)位點(diǎn)的開(kāi)放程度，定義出全基因組每個(gè)位點(diǎn)由關(guān)到開(kāi)（close to open）和開(kāi)到關(guān)（open to close）的全息動(dòng)態(tài)過(guò)程，這些數據證實(shí)了一個(gè)相對簡(jiǎn)單、普遍性的CO/OC邏輯體系。

　　研究發(fā)現，在轉變過(guò)程中，早期成纖維細胞的很多特異性開(kāi)放位點(diǎn)會(huì )被迅速關(guān)閉（OC），而到重編程后期很多多能性相關(guān)的位點(diǎn)則會(huì )被打開(kāi)（CO）?？蒲袌F隊認為開(kāi)關(guān)的事件是直接與轉錄因子活性相關(guān)，因此對CO/OC位點(diǎn)的基序（motif）進(jìn)行深入分析。分析發(fā)現，CO位點(diǎn)顯著(zhù)的富集出了重編程因子OCT、SOX、KLF的基序（motif），這與使用的重編程因子Oct4/Sox2/Klf4是吻合的，但CO的過(guò)程是非常緩慢的。在更加快速的OC過(guò)程中，在OC位點(diǎn)上特異富集出了很強的成纖維細胞特異性的轉錄因子，例如AP-1，ETS，TEAD，RUNX等家族成員，而沒(méi)有OCT等重編程因子，證明體細胞相關(guān)染色質(zhì)關(guān)閉（OC）過(guò)程是OCT、SOX、KLF非依賴(lài)的過(guò)程。

　　進(jìn)一步研究發(fā)現，與染色質(zhì)關(guān)閉（OC）過(guò)程相關(guān)的因子都是體細胞重編程的重要障礙。那么，關(guān)閉這些位點(diǎn)的OC過(guò)程優(yōu)勢如何在操作呢？通過(guò)進(jìn)一步篩選，研究發(fā)現，表觀(guān)修飾基因Sap30在體細胞重編程早期被重編程因子激活，并通過(guò)促進(jìn)成纖維細胞關(guān)鍵基因啟動(dòng)子區去乙?；揎?，而使其啟動(dòng)子區逐漸關(guān)閉，最終沉默成纖維細胞關(guān)鍵調控基因，推動(dòng)重編程進(jìn)程。這部分研究結果首次揭示體細胞重編程過(guò)程中染色質(zhì)結構動(dòng)態(tài)變化的規律—CO/OC邏輯，并為理解體細胞重編和其他相關(guān)細胞命運轉變提供了新的可參考的理論模型。

　　該基本規律是在體細胞重編程過(guò)程中發(fā)現，其概念應用價(jià)值可能包含人體的發(fā)育過(guò)程，也包括一些病理過(guò)程，例如癌變過(guò)程多數伴隨著(zhù)胚胎樣基因的非正常表達，從而使癌變細胞“忘記”自己的位置與功能。如果能發(fā)掘出正常細胞在向癌細胞轉變早期的染色質(zhì)變化特征，癌癥也許可以得到及時(shí)的診斷和防治。而在發(fā)育層面上，闡明不同功能細胞發(fā)育過(guò)程的CO/OC邏輯，將極大地推進(jìn)干細胞領(lǐng)域的發(fā)展，有助于在體外獲得具備修復衰老損傷器官組織的功能細胞，實(shí)現更廣泛的組織再生和器官再造。