美國丹娜-法伯癌症研究所(Dana-Farber Cancer Institute)的研究人員發現,成年人身體的組織細胞內留存著它們從胚胎時期至今所有的生長信息。

之前科學界普遍認為,成年人的細胞已經不帶有胚胎階段的信息,這份研究顛覆了這一認知。

這項研究的主要作者、哈佛醫學院的Ramesh Shivdasani和同事發現,這些「胚胎記憶」以一種稱為「甲基組」分子在細胞內的DNA上用綁定和脫離的形式存儲。這些甲基組所綁定的DNA的片段位置以及其分子的數量,共同決定著各種基因的激活和休眠。每個DNA片段甲基組的特定排列也稱為「甲基模式」。

在這份新研究中,研究人員著重研究了DNA片段中稱為「增強子」(enhancers)區域的甲基模式。「增強子」好比控制基因開啟和關閉的鑰匙。

Shivdasani說,在從胚胎向嬰兒發育的過程中,細胞不斷在做決定要發育成哪種細胞。這個過程就是靠控制各個基因的開啟和關閉來實現。在特定發育階段,特定群組的「增強子」被激活,就像一個樂團,其中不同的小組在不同階段演奏樂曲的不同部份。

到嬰兒完全成形後,在人的一生中,活躍的增強子大體上就保持不變了。那些胚胎早期發育用到的「增強子」看起來就像被關閉了,基本沒有任何活動。

科學家之前不知道,人體細胞到底能保持多少胚胎階段的發育信息?以及這些信息能被重啟嗎?

這份新研究顯示,通過對老鼠腸細胞的實驗,回答了這兩個問題。

研究人員在老鼠的腸細胞中發現了一整套近乎完整的在腸子發育初期活躍的增強子的檔案。而且他們發現,在缺乏PRC2蛋白質(PRC2蛋白質是細胞用於關閉特定基因的關鍵蛋白之一)的情況下,多數那些發育初期才活躍的增強子在兩周內再次活躍了起來。

Shivdasani說:「我們發現成年細胞不僅保留著胚胎和嬰兒期的發育記憶,而且在特定條件下,這些記憶可以被重啟。這些檔案信息被安全地存放在那裏,而且可以被精準地調用。」

現階段,研究人員仍不明確為甚麼成年細胞中會留存這些分子發育信息。一種可能性是它們就是作為一種歷史信息存在那裏,就像「化石」一樣;另一個可能性是,細胞在某個時期需要調用這些信息進行自我修復。

這份研究成果為再生藥物領域開闢了蹊徑。科學家將繼續探索是否可以掌控這些細胞記憶,用於人體器官再生。如果可行,這樣從患者自身細胞發展來的新生器官,將不會有排異的問題,將非常安全。

另外,研究人員認為,這對癌症治療也很有意義。因為他們認為癌細胞離開器官「發源地」在人體內轉移的機制,就是靠開啟嬰兒時期的某些發育基因來實現。了解細胞在嬰兒期活躍的增強子檔案,有助於開發新的抗癌藥物標靶,以停止癌細胞的擴散。

這份研究近期發表在《分子細胞》(Molecular Cell)期刊上。#