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根据癌症研究中心（Center for Cancer Research，CCR）科学家的一项新的研究显示，胚胎干细胞有一种独到的方法来保护端粒。端粒作为染色体两端的结构，随着每次细胞分裂而缩短。美国国立卫生研究院（NIH）基因组遗传学实验室的Stadtman研究员Eros Lazzerini Denchi博士领导的研究团队发现，在DNA受损时，大多数的细胞修复暴露的端粒，而胚胎干细胞与之不同，胚胎干细胞启动了特殊的基因，后者通常指在发育的早期发挥作用，进而避开不想要的DNA修复。研究团队的发现来源于小鼠胚胎干细胞的研究，发表在2020年11月25日的《自然》（Nature）杂志。
通过揭示意料之外的细胞端粒保护途径，新发现可能有助于解释癌细胞产生的一些生存策略，癌细胞必须找到一种方法，避免自然状况下端粒缩短带来的生长限制，而端粒的缩短同样发生在老化的进程。
胚胎干细胞，出现在胚胎发育的早期，具有一种特殊的能力，几乎能够发育成为身体任何一种特定类型的细胞。Lazzerini Denchi和同事们首次发现细胞保护端粒的特殊途径，他们观察到细胞失去TRF2蛋白也能存活，TRF2能结合并保护染色体的末端。TRF2对于数百种不同类型的细胞来说都极其重要。一旦失去TRF2，暴露的染色体末端会启动有缺陷的DNA损伤修复通路，该通路会将失去保护的染色体末端缝合在一起。染色体融合后的细胞失去了分裂的能力。但是当Lazzerini Denchi的团队移除了胚胎干细胞的TRF2，染色体保留了遗传活性，细胞也继续分裂增殖。
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他说：“我们以为细胞很快会出毛病，事实却恰恰相反，细胞总体来说，活得挺好。”然而，只要研究人员诱导TRF缺陷的干细胞分化并达到进一步发育的状态，TRF缺陷的干细胞就会表现得与其他TRF缺陷的细胞一样：染色体融合，细胞迅速死亡。
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团队的博士后Marta Markiewicz-Potoczny领导了随后的实验，研究人员发现，如果去除TRF2并使得端粒失去保护，胚胎干细胞启动一系列基因进行应对，这一系列的基因通常只会在受精后短暂地启动，那时一个胚胎只由两个细胞构成。Lazzerini Denchi说：“一旦我们把端粒弄得一团糟，胚胎干细胞就会开始表达一些基因，这些基因通常在胚胎形成很早的时候表达。这些基因通常在胚胎干细胞和其他任何细胞中都处于关闭状态，但在这种情况下，这些基因更多地被表达。”
这一反应似乎是TRF缺陷的细胞增殖能力的关键。在成体细胞中，细胞分裂会逐渐导致端粒缩短，然而，端粒序列在发育早期时会被持续地延长。研究人员说，通过激活发育早期表达的基因，胚胎干细胞有可能延长暴露在外的端粒，而非激活DNA损伤反应。
研究团队的实验表明，ZSCAN4作为控制发育的基因之一，可能是胚胎干细胞保护端粒末端的一个关键组成。ZSCAN4有时在癌细胞中被激活，可能帮助癌细胞逃避端粒缩短对正常生长的限制。
翻译：陈振翀
审校：巢栩嘉
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