Cell:搜尋小鼠基因組中T細胞的基因與標誌

幹細胞在分子水平發生了什麼，使它成為一種細胞而不是另一種？在什麼點上它被委以細胞命運，它又是如何被委任的？這些問題的答案一直未弄清楚。但現在，在一些標誌著對幹細胞命運了解向前邁進一大步的研究中，加利福尼亞理工學院的研究人員已追蹤到確保某些幹細胞成為T細胞的一種分級發育過程，其中T細胞是幫助破壞入侵病原體的免疫細胞。

這是第一次如此詳細地分割一個天然的發育過程，一步一步地深入，觀察基因組中所有基因的活性。從遺傳學來說，這意味著這個系統確實不存在任何隱藏。

研究人員對多能造血前體細胞進行了研究，它是一種幹細胞樣細胞，表達各種基因，且有分化成包括免疫系統細胞在內的大量不同類型血細胞的能力。他們將小鼠全基因組考慮在內，列出在前體細胞轉化成定型T細胞中起作用的所有基因，並確定了每個基因在發育過程的什麼時候打開。同時，還追蹤了指引前體細胞到各種替代途徑中的基因。結果不僅表明了T細胞發育過程何時，也表明了T細胞發育過程如何關閉啟動替代命運的基因。

生產T細胞是一個分子事件級聯過程，包括5個階段，即：2個定型前階段、1個定型階段和2個定型後階段。研究人員確定出了5個階段都表達的基因，包括許多編碼調節蛋白的基因，其中調節蛋白稱為轉錄因子，可開關特定基因。在第二與第三階段之間會出現一個主要的調節變化，此時開始T細胞定型。這時，激活非定型幹細胞相關基因的大量轉錄因子關閉，然而激活T細胞發育將來步驟必需基因的其他因子則打開。

該研究不僅觀察了各階段中表達什麼基因，也觀察了什麼使那些基因特定時間表達成為可能。一個關鍵調節成分是轉錄因子基因自身的表達。此外，還確定了用作轉錄因子停泊位點的控制序列，這些序列用傳統分子生物學技術在小鼠和人通常難以確定，研究人員花了近10年時間設法創造單基因控制序列的綜合性圖譜。

為繪製可能控制序列的圖譜，還對表觀遺傳標誌進行了研究。表觀遺傳標誌是化學修飾，如改變DNA成束方式的那些。它們與DNA特定區域相關，其中DNA特定區域作為轉錄因子作用的後果，因此它們能影響鄰近基因開關的難易。確定表觀遺傳標誌加入或移除的DNA區域，就為確定T細胞發育期間開關的許多基因的控制序列鋪平了道路。

這項研究應用了兩種方法，這兩種方法為研究完成提供了可能性。首先是超高通量DNA測序，用它來確定基因表達的主要變化出現在發育途徑的什麼階段。這種技術放大自數百萬細胞樣本收集的DNA序列，將它們依次序列好，與已知基因組序列進行對比，確定哪一種基因富集或更大量。那些富集的就是最可能表達的基因。第二重要方法包括體外組織培養系統，它使研究人員能大量生產早期同步化的T細胞前體，觀察變化條件對單個細胞產T細胞或其他細胞的影響。（生物谷bioon.com）

Dynamic transformations of genome-wide epigenetic marking and transcriptional control establish T cell identity

Jingli A. Zhang, Ali Mortazavi, Brian A. Williams, Barbara J. Wold, Ellen V. Rothenberg

T cell development comprises a stepwise process of commitment from a multipotent precursor. To define molecular mechanisms controlling this progression, we probed five stages spanning the commitment process using RNA-seq and ChIP-seq to track genome-wide shifts in transcription, cohorts of active transcription factor genes, histone modifications at diverse classes of cis-regulatory elements, and binding repertoire of GATA-3 and PU.1, transcription factors with complementary roles in T cell development. The results highlight potential promoter-distal cis-regulatory elements in play and reveal both activation sites and diverse mechanisms of repression that silence genes used in alternative lineages. Histone marking is dynamic and reversible, and though permissive marks anticipate, repressive marks often lag behind changes in transcription. In vivo binding of PU.1 and GATA-3 relative to epigenetic marking reveals distinctive factor-specific rules for recruitment of these crucial transcription factors to different subsets of their potential sites, dependent on dose and developmental context.