Nature:揭示胚胎幹細胞利用獨特的策略保護它們的染色體末端

2020-11-30 生物谷

2020年11月29日訊/

生物谷

BIOON/---通常而言，位於染色體末端的

端粒

隨著細胞的每次分裂而縮短。在一項新的研究中，來自美國國家癌症研究所等研究機構的研究人員發現小鼠胚胎

幹細胞

（mESC）有一種獨特的方式來保護它們的

端粒

。他們發現mESC並不像大多數細胞那樣，將暴露的端粒作為受損的DNA處理，而是調用通常僅在發育的最早階段使用的基因，以避免不必要的DNA修復。相關研究結果於2020年11月25日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「TRF2-mediated telomere protection is dispensable in pluripotent stem cells」。論文通訊作者為美國國家癌症研究所的Eros Lazzerini Denchi博士。論文第一作者為美國國家癌症研究所博士後研究員Marta Markiewicz-Potoczny博士。

圖片來自Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-2959-4。

通過揭示細胞可以保護它們的端粒的一種意想不到的方式，這些新發現可能有助於解釋一些癌細胞所採用的生存策略：它們必須找到一種方法來規避隨著年齡增長而發生的端粒自然縮短所帶來的生長限制。

胚胎

幹細胞

在胚胎發育早期出現，具有獨特的能力，幾乎可以產生人體任何一種類型的特化細胞。Lazzerini Denchi及其同事們首次發現了它們保護端粒的不同尋常的方法，他們發現這些

幹細胞

在缺乏一種稱為TRF2的蛋白的情況下可以存活下來，其中TRF2結合併保護染色體尖端。這種蛋白對於數百種不同類型的細胞來說是絕對必要的。如果沒有它，暴露的染色體末端會觸發DNA損傷修復途徑的錯誤激活，從而將未受保護的染色體末端連接在一起。染色體融合在一起，細胞失去了分裂的能力。但是，當Denchi團隊從胚胎幹細胞中移除TRF2時，染色體保持了完整性，這些

幹細胞

繼續增殖。

他說，「我們原以為這些幹細胞會病得很嚴重，但實際上它們完全沒有問題。」然而，只要他們促使缺乏TRF2的胚胎

幹細胞

分化成更高級的發育狀態，它們的行為就像沒有TRF2的細胞一樣：染色體融合，細胞迅速死亡。

在後續實驗中，這些研究人員發現，當他們剔除TRF2而讓端粒不受保護時，胚胎幹細胞通過激活一組通常只在受精後不久開啟的基因來做出反應，其中在受精後不久，胚胎僅由兩個細胞組成。Denchi說，「當我們搞亂端粒的那一刻，胚胎幹細胞開始表達一些通常在胚胎發生早期表達的基因。這些基因通常在胚胎

幹細胞

中和任何其他分化狀態下被關閉，但在這種新的情形下，它們被大量使用。」

這種反應似乎是這些幹細胞在沒有TRF2的情況下能夠茁壯成長的關鍵。而在成年細胞中，細胞分裂會導致端粒逐漸縮短，而在發育的早期階段，端粒的序列會不斷延長。這些研究人員表示，通過重新激活發育早期使用的基因，胚胎

幹細胞

可能能夠拉長暴露的端粒，而不是觸發DNA損傷反應。

他們的實驗表明，其中的一個稱為ZSCAN4的發育基因似乎是胚胎

幹細胞

保護它們的染色體末端所採取的策略的關鍵部分。這個基因有時會在癌細胞中激活，這可能會幫助它們擺脫端粒縮短所帶來的正常生長限制。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：1.Marta Markiewicz-Potoczny et al. TRF2-mediated telomere protection is dispensable in pluripotent stem cells. Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-2959-4.

2.Embryonic stem cells have their own strategy for protecting chromosome ends
https://medicalxpress.com/news/2020-11-embryonic-stem-cells-strategy-chromosome.html

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