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，國際著名學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞?干細(xì)胞》發(fā)表了中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)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(jù)悉，該課題組通過對干細(xì)胞命運誘導(dǎo)過程的研究，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞命運轉(zhuǎn)換也遵循一個二進(jìn)制規(guī)律。

　　信息時代是計算機語言的二進(jìn)制碼（0-1）驅(qū)動的，0與1二進(jìn)制演繹出豐富多彩的虛擬世界，包括熱門的人工智能AI。那么，生命科學(xué)是否也存在類似的0-1二進(jìn)制規(guī)律的密碼？科學(xué)家通過對染色質(zhì)的開放與關(guān)閉的研究，發(fā)現(xiàn)在體細(xì)胞誘導(dǎo)為干細(xì)胞時，染色質(zhì)與細(xì)胞變化有關(guān)的位置存在一個“開-關(guān)”的基本調(diào)控邏輯。在此邏輯體系下，科學(xué)家闡述了干細(xì)胞誘導(dǎo)過程的變化機制。

　　DNA含有生物個體的所有遺傳信息，但這些信息如何被閱讀出來，是生命科學(xué)面臨基本科學(xué)問題之一。過去10年來，全世界的科學(xué)家都在研究這一奇妙的過程，得到的成果極大地豐富了人類對細(xì)胞命運調(diào)控的認(rèn)識。但目前對這一過程的了解主要以觀察變化的現(xiàn)象為主，并沒有從中抽象出具有普遍性邏輯或者規(guī)律。

　　在該研究中，科研人員采用ATAC-seq技術(shù)讀取染色質(zhì)“開”與“關(guān)”的狀態(tài)。通過測定體細(xì)胞向多能干細(xì)胞轉(zhuǎn)變過程中每個染色質(zhì)位點的開放程度，定義出全基因組每個位點由關(guān)到開（close to open）和開到關(guān)（open to close）的全息動態(tài)過程，這些數(shù)據(jù)證實了一個相對簡單、普遍性的CO/OC邏輯體系。

　　研究發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)變過程中，早期成纖維細(xì)胞的很多特異性開放位點會被迅速關(guān)閉（OC），而到重編程后期很多多能性相關(guān)的位點則會被打開（CO）?？蒲袌F(tuán)隊認(rèn)為開關(guān)的事件是直接與轉(zhuǎn)錄因子活性相關(guān)，因此對CO/OC位點的基序（motif）進(jìn)行深入分析。分析發(fā)現(xiàn)，CO位點顯著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的過程是非常緩慢的。在更加快速的OC過程中，在OC位點上特異富集出了很強的成纖維細(xì)胞特異性的轉(zhuǎn)錄因子，例如AP-1，ETS，TEAD，RUNX等家族成員，而沒有OCT等重編程因子，證明體細(xì)胞相關(guān)染色質(zhì)關(guān)閉（OC）過程是OCT、SOX、KLF非依賴的過程。

　　進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，與染色質(zhì)關(guān)閉（OC）過程相關(guān)的因子都是體細(xì)胞重編程的重要障礙。那么，關(guān)閉這些位點的OC過程優(yōu)勢如何在操作呢？通過進(jìn)一步篩選，研究發(fā)現(xiàn)，表觀修飾基因Sap30在體細(xì)胞重編程早期被重編程因子激活，并通過促進(jìn)成纖維細(xì)胞關(guān)鍵基因啟動子區(qū)去乙?；揎?，而使其啟動子區(qū)逐漸關(guān)閉，最終沉默成纖維細(xì)胞關(guān)鍵調(diào)控基因，推動重編程進(jìn)程。這部分研究結(jié)果首次揭示體細(xì)胞重編程過程中染色質(zhì)結(jié)構(gòu)動態(tài)變化的規(guī)律—CO/OC邏輯，并為理解體細(xì)胞重編和其他相關(guān)細(xì)胞命運轉(zhuǎn)變提供了新的可參考的理論模型。

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