干细胞如何变成神经细胞

在发育和分化过程中，细胞经历了从多能干细胞到具有人体多种功能的分化细胞的显著转变。组蛋白及其结构修饰作为表观遗传标记，在这一分化过程中发挥着关键作用，决定了DNA上哪些基因被激活进行读取或失活并抑制其表达。尽管表观遗传学领域取得了最新进展，但大脑发育中基因表达背后的确切机制仍然难以捉摸。

来自Barbara Treutlein定量发育生物学研究组的研究人员以及罗氏人类生物学研究所Gray Camp研究组的同事，现在揭示了人类干细胞如何获得并维持其作为神经元和神经胶质细胞的身份。他们使用大脑和视网膜类器官——在实验室中由干细胞生长而成的器官的微型简化版本——作为模拟神经组织形成和分化的模型系统。

来自Barbara Treutlein定量发育生物学研究组的研究人员以及罗氏人类生物学研究所Gray Camp研究组的同事，现在揭示了人类干细胞如何获得并维持其作为神经元和神经胶质细胞的身份。他们使用大脑和视网膜类器官——在实验室中由干细胞生长而成的器官的微型简化版本——作为模拟神经组织形成和分化的模型系统。

在《自然-神经科学》发表的一项研究中，研究团队专注于组蛋白H3的三种不同修饰。其中一种修饰与基因抑制相关，一种修饰与基因的活性表达相关，另一种修饰则在基因表达的活性增强子中被发现。研究人员利用了一种称为单细胞CUT&Tag的技术来精确确定单个细胞中的这些组蛋白修饰，并将这些数据与基因表达谱相结合。随后，使用先进的计算方法整合表观遗传学和转录组数据，创建了一个图谱，追踪了细胞从多能性到特化脑细胞的发展过程。

该研究的关键发现之一是，在神经元基因表达增加之前，特定的组蛋白修饰就已经使这些基因处于激活的准备状态，从而确保它们在需要时能够随时被激活。该研究的第一作者Fides Zenk（最近担任洛桑联邦理工学院研究组长）强调：“我们的发现进一步证明了组蛋白修饰在指导基因表达方面具有功能作用，而不仅仅是转录的副产物。”

通过绘制大脑发育过程中发生的表观遗传变化，这项研究详细揭示了多能细胞如何分化为特化的脑细胞。这些发现为旨在控制组蛋白修饰以指导细胞命运和功能的未来研究奠定了基础，为再生医学和神经发育障碍的建模开辟了新途径。