端粒的單一變化控制細胞產生完整生物體的能力

多能細胞可以產生身體的所有細胞，這是研究人員渴望控制的力量，因為它為再生醫學和移植器官培養打開了大門。但多能性仍然是科學的黑匣子，由未知遺傳(基因表達)和表觀遺傳信號(控制基因表達的生化標記，如開/關開關)控制。由西班牙國家癌癥研究中心(CNIO)的瑪麗亞布拉斯科領導的端粒和端粒酶組現在發現其中一種表觀遺傳信號，這是在十年前開始的一次偵探任務之后。

這是解決觀察到多能性現象與染色體末端端粒保護結構之間強有力聯系的一個難題，這是一種蝴蝶效應，其中僅存在于端粒中的蛋白質顯示出全局作用。基因組。這種蝴蝶效應對于啟動和維持多能性至關重要。

端粒的DNA指導產生稱為TERRA的長RNA分子。CNIO研究人員發現，TERRAs通過Polycomb蛋白作用于多能性的關鍵基因，Polycomb蛋白通過在基因上沉積生化標記來控制決定早期胚胎細胞命運的程序。反過來，調節TERRA的開/關開關是僅存在于端粒中的蛋白質;這種蛋白質是TRF1，它是端粒保護復合物的一種成分，叫做shelterin。新結果將于本周發布在eLife期刊上。

為什么端粒基因需要多能性?

大約十五年來，人們已經知道如何通過作用于某些基因來將多能性的能力恢復到細胞中。然而，研究人員注意到，如果TRF1基因被關閉，這個配方不起作用。此外，當誘導多能性時，TRF1是最活化的基因之一。這些事實引起了研究人員的興趣。為什么TRF1，一種產品只在端粒中發現的基因，激活得如此之多，這怎么可能對多能性至關重要?

“我們無法理解處理端粒維持的基因如何對多能性這樣的全球過程產生如此深遠的影響，”CNIO端粒和端粒酶組負責人Maria Blasco說。

為了找到解釋，他們決定通過分析整個基因組表達的變化來進行隨機搜索，當TRF1的表達被阻止時 - 就像盲目地將大網投入海中以查看其中的內容。“我們看到TRF1具有巨大但非常有組織的效果，”Blasco解釋道。

許多基因的表達被改變，其中80%以上與多能性現象直接相關。研究人員還指出，許多這些基因受Polycomb調控，Polycomb是一種蛋白質復合物，在胚胎發育的早期階段非常重要，并指導細胞專門研究成體的不同細胞類型。

鏈接是TERRA

但他們仍然不明白Polycomb和TRF1之間的聯系是什么。然而，去年，Blasco集團發現端粒產生的TERRA分子與Polycomb通信，并且它們共同構建端粒結構。

研究人員決定分析TERRA與整個基因組之間的相互作用，果然，他們發現TERRA堅持由Polycomb調控的相同基因。這表明TERRA是TRF1與多能性之間的聯系。

TRF1“通過一種新機制改變這些細胞的表觀遺傳景象，對多能細胞的轉錄產生蝴蝶效應，這種機制涉及TERRA介導的Polycomb作用的變化，”研究人員在eLife中寫道。

正如該研究的**作者RosaMarión所解釋的那樣，“這些研究結果告訴我們，TRF1對于重編程特化細胞和維持多能性至關重要。”