慕尼黑的Ludwig-Maximilians-Universitaet(LMU)研究人员使用CRISPR技术探索指导干细胞在大脑中发育轨迹的机制。结果表明，关键的蜂窝开关具有双重保护，可防止意外激活。
高等真核生物由多种特化细胞类型组成。通过在其发育过程中控制基因表达的分子过程建立每个单个细胞的精确身份和功能。被称为主转录因子的蛋白质在这种情况下起着至关重要的作用。它们是启动确定细胞身份的特定遗传程序的关键转换元件。该基因因此，必须严格控制这些蛋白质的代码，因为它们的不当激活可能通过有效地超越先前建立的细胞状态而危及整个生物体的完整性。由LMU生物医学中心慕尼黑神经科学中心的Stefan Stricker博士和HelmholtzZentrumMünchen领导的研究人员现已表明，神经细胞的祖细胞使用双锁机制来避免不合时宜地产生主转录因子。该研究发表在在线期刊Nature Communications上。
该项目实际上是为了解决一个不同的问题。“我们最初想要研究如何在CRISPR-Cas9技术的帮助下打开和关闭基因，”Stricker说。为了在与细胞类型分化直接相关的系统中测试该方法的技术方面，他和他的同事选择了小鼠Sox1基因作为其靶标。该基因编码已知在神经干细胞(NSCs)中有活性的主转录因子。在所有其他类型的神经细胞中，包括稍微更成熟的神经元祖细胞(NPC)，Sox1被抑制。在没有Sox1蛋白的情况下，NSCs逐渐丧失分化为传递电信号的神经元的能力。
使用CRISPR / Cas9方法，研究人员将反式激活蛋白特异性地引导至NPC中的Sox1基因，其中该基因通常是无活性的。许多其他基因已经被证明可以通过这种方法激活，但Sox1反应非常差。这一发现表明，某些特殊机制可能会阻止NPC中Sox1的再激活。为了验证这一假设，LMU团队随后关注了NPC中Sox1基因周围的甲基化模式。甲基化 - 将甲基(CH3)基团添加到基因组DNA中的某些核苷酸碱基 - 可以在基因的表观遗传失活中发挥重要作用。“为了探索甲基化的作用，我们再次利用CRISPR-Cas9，这次去除甲基来自Sox1基因周围DNA的基团，“Stricker解释说。”事实上，靶向去甲基化和反式激活的组合使我们能够重新激活Sox1。这基本上相当于使细胞恢复活力，正如它们恢复了干细胞特性并能够分化成神经元这一事实所揭示的那样。“
这项新研究的作者认为，除了抑制表达外，细胞还会在控制细胞特性的基因上施加特定的抑制性染色质层，从而保护它们免受无意的激活。这些措施共同起到了双重作用，可以防止这些基因在完成工作后重新激活。然而，重新激活受抑制基因的能力也可能使神经元祖细胞恢复到干细胞状态成为可能。这种恢复活力的干细胞具有很大的治疗潜力。“但是从我们的基础研究到重新激活干细胞应用的途径是一个很长的，“史翠克警告说。
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