【有声阅读】首次报道：H3K9甲基化是体细胞重编程为诱导多能干细胞的重要障碍
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赛默飞生命科学《书中自有研如玉》，来自顶级专家推荐：那些你不可错过的文献和故事。
大家好，我是赛博士。每周我会从《书中自有研如玉》活动的导师团精选清单中，挑选出一篇经典文献与大家一同解读，让我们从不同的科研领域及方法中获得启发，体味“研究”的乐趣。
近年来iPSC在临床实践上取得了一系列令人瞩目的突破，比如多项iPSC来源的细胞疗法获得了临床许可，首例基于重编程干细胞的心衰治疗更是在中国取得了成功。其实早在问世之初，这项发明于2006年的技术就以其广阔的临床应用价值得到了学界的关注和持续的研究。
上一周我们分享了：证明iPSC具有类似于胚胎干细胞真正多能性的里程碑事件。今天我要和各位分享的是也是一个重大发现，这个发现首次报道了H3K9甲基化作为体细胞重编程为诱导多能干细胞的重要障碍。这篇论文由裴端卿研究员及其团队在2013年发表在《Nature Genetics》杂志上，题目是” H3K9 methylation is a barrier during somatic cell reprogramming into iPSCs”。
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诱导多能干细胞的过程从本质上讲是一种改写细胞命运的表观遗传学过程。以往的研究表明，DNA甲基化在多能性的重建中发挥了关键作用。在染色质水平，H3K4甲基化效应分子Wdr5和一些染色质重塑蛋白能够促进iPSC的产生。这篇论文的研究者就重点关注了影响iPSC生成的表观遗传因素。
与之前的研究一致，他们发现iPSC诱导过程中出现了“pre-iPSC”的中间体阶段，这些细胞在外观上与胚胎干细胞类似，但不表达Nanog及其他多能性相关基因。不过，维生素C能够将所有pre-iPSC转化为iPSC。结合多种分析结果，研究者判断这些pre-iPSC在重编程过程中在表观遗传水平被中止。
通过进一步的分析，研究者发现培养iPS细胞的胎牛血清FBS在重编程过程中起着抑制作用。尽管血清成分复杂，但他们在筛选及验证了一系列细胞因子和生长因子后发现，骨形态发生蛋白BMP像FBS一样抑制了重编程，BMP信号通路负责在pre-iPSC阶段阻止重编程并维持中间体。
为了确定BMP蛋白的作用机制，研究者开展了一系列分子水平的分析。他们发现，维生素C克服了BMP建立的表观遗传屏障。具体来说，BMP和维生素C对多能性位点内的H3K9me3占用有着相反的影响，表明H3K9甲基化和相应的异染色质凝聚可能是导致pre-iPSC形成的障碍。
后续的分析也表明，BMP信号通路能够通过调节H3K9的甲基转移酶来阻碍细胞进一步前进成为iPS细胞，而维生素C则可以依赖于H3K9的去甲基化酶清除这种障碍。为了鉴定其对应的酶，他们尝试用siRNA失活各种H3K9甲基化酶，结果发现，Setdb1的失活可以促使pre-iPS细胞在96小时内被继续重编程为真正的iPS细胞，因此Setdb1和H3K9甲基化被证实是iPS诱导过程中一个极其重要的障碍。
总的来说，这项研究通过产生稳定的pre-iPSC并鉴定导致它们形成的内在和外在因素，将H3K9甲基化定义为重编程过程中pre-iPSC状态形成的重要障碍。它整合多个水平的调控机制，从细胞外信号通路到核心多能性位点，这些机制最终在表观遗传水平上决定了pre-iPSC的命运。
这些结果对重编程的分子机制研究具有重大意义。它表明H3K9甲基化和去甲基化可能会决定重编程和发育过程中的细胞命运，而细胞外环境通过影响染色质状态在细胞命运选择上具有指导作用。这有望帮助人们克服不完全重编程的障碍，促进iPS技术更好地发展。
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