文章內(nèi)容轉(zhuǎn)自生物探索

每一張臉都是獨(dú)一無二的，盡管控制顱骨面部形狀的基因在每個人身上幾乎都是相同的。那么，這些獨(dú)特的特征是如何從相同的基因子集中產(chǎn)生的呢？瑞士Friedrich Miescher生物醫(yī)學(xué)研究所（FMI）的Filippo Rijli團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)面部形態(tài)的表觀遺傳學(xué)機(jī)制。相關(guān)文章發(fā)表在3月31日的Science上。

產(chǎn)生面部結(jié)構(gòu)的神經(jīng)嵴細(xì)胞是多能的

要產(chǎn)生不同的顱面結(jié)構(gòu)組裝成一張優(yōu)美的臉依賴于一種特殊的細(xì)胞類型——神經(jīng)嵴細(xì)胞。它產(chǎn)生了大部分顱骨和面部的軟骨。在早期胚胎發(fā)育過程中，神經(jīng)嵴細(xì)胞從發(fā)育中的神經(jīng)管向潛在的頭部區(qū)域遷移。遷移前的神經(jīng)嵴細(xì)胞是多能干細(xì)胞，一旦它們到達(dá)最終目的地將最終分化為軟骨或骨骼。

神經(jīng)嵴細(xì)胞能保持染色質(zhì)的可塑性，所有的基因都準(zhǔn)備響應(yīng)環(huán)境信號。當(dāng)細(xì)胞暴露于這些信號時，會發(fā)生一個從穩(wěn)定的到活躍的染色質(zhì)狀態(tài)的切換，誘導(dǎo)產(chǎn)生下巴、額頭或顴骨的位置特異性轉(zhuǎn)錄程序進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。

神經(jīng)嵴細(xì)胞也獲得特定的“位置”的身份（和它們在發(fā)育的面部的位置有關(guān)），這將決定成為下巴、顴骨、鼻子或前額的骨和軟骨的形狀。這個位置的身份是在細(xì)胞遷移過程中獲得的，這取決于遷移的路徑和它們與當(dāng)?shù)丨h(huán)境的相互作用。然而，即使遷移后，神經(jīng)嵴細(xì)胞仍保持一定程度的可塑性。

雙重表觀遺傳因子調(diào)控神經(jīng)嵴細(xì)胞轉(zhuǎn)錄

至這篇文章發(fā)表為止，大家還不清楚神經(jīng)嵴細(xì)胞在遷移的時候如何保持可塑性，如何同時響應(yīng)局部環(huán)境信號和誘導(dǎo)位置特異性的轉(zhuǎn)錄程序。Filippo Rijli的小組同F(xiàn)MI計算生物學(xué)家Michael Stadler，已經(jīng)闡明了這一過程是由染色質(zhì)的表觀遺傳調(diào)控起作用的。

在這篇發(fā)表在Science上的文章里，他們報道了一種特定的染色體組織能讓神經(jīng)嵴細(xì)胞保持轉(zhuǎn)錄的準(zhǔn)備狀態(tài)直到它們遷移的終止，從而保持產(chǎn)生所有不同的面孔要素的潛力，不論其最終位置。

第一作者M(jìn)aryline Minoux解釋說：”我們比較了不同位置的神經(jīng)嵴細(xì)胞亞群的染色質(zhì)在遷移之前和之后的分布。在遷移后的神經(jīng)嵴細(xì)胞，差異沉默基因（即基因在有些亞群中不表達(dá)，但在其它亞群中表達(dá)）的啟動子均由雙重的：抑制的H3K27me3和激活的H3K4me2組蛋白修飾的表觀遺傳標(biāo)記。這些基因隨時準(zhǔn)備被激活。令人驚訝的是，這個準(zhǔn)備的配置已經(jīng)存在于遷移前的神經(jīng)嵴細(xì)胞中。一旦細(xì)胞接收特定的環(huán)境信號，它們會失去抑制的H3K27me3標(biāo)記，啟動位置特異性轉(zhuǎn)錄程序?！?

此外作者發(fā)現(xiàn)：“時刻準(zhǔn)備著”的染色質(zhì)狀態(tài)由Polycomb抑制復(fù)合物2的 EZH2成分調(diào)節(jié)，這是一個在胚胎發(fā)育過程中的染色質(zhì)調(diào)節(jié)因子。EZH2特異性地將甲基化添加到組蛋白H3的賴氨酸27。

Filippo Rijli總結(jié)道：“這是一個理解不同的面部特征產(chǎn)生的新的概念框架。表觀遺傳平衡可能使神經(jīng)嵴細(xì)胞迅速適應(yīng)局部環(huán)境信號變化的響應(yīng)，從而可能解釋面部形狀的個體之間的差異?！?

參考資料

Gene bivalency at Polycomb domains regulates cranial neural crest positional identity

Epigenetic regulation of face formation