路德维希安大学（LMU）的研究人员监测到细胞分裂过程中表观遗传信息被传递到子细胞的方式，并也确定了细胞发育记忆被重建的时间。

体内的每个细胞在开始时都含有同样的DNA分子，并配备有存在于受精卵细胞核中的全部遗传信息。构成多细胞生物体的不同类型的细胞具有不同的结构和功能，是因为每一个细胞只利用了核基因组编码的遗传信息中的一部分。一种称为组蛋白的蛋白质作为支架将核DNA分子包装成“染色质”，在细胞分裂之前核蛋白复合物会成为可见的紧密染色体结构。此外，组蛋白还在决定每个分化细胞中哪些核基因被表达中发挥积极作用。这种不同的包装方式涉及到组蛋白的化学修饰，即通过在特定靶位点连接甲基（CH3）或乙酰基（CH3COO-）。

这些修饰反过来又调控着染色体DNA和基因表达所需的酶结合的难易程度。组蛋白甲基化往往会抑制基因表达，而乙酰化反之。一个由LMU阿道夫·布特南特研究所的Axel Imhof教授领导的研究小组现在已经解决了细胞中组蛋白的修饰方式在细胞分裂的过程中怎样传递给子细胞的问题。该团队的研究结果发表在杂志基因和发育（Genes＆Development）上。

为确保子细胞和它们的祖细胞表达相同的遗传信息，新合成的组蛋白必须精确的以和未分裂的母细胞中的蛋白同样的方式来进行修饰。“为了了解癌症如何发生，我们必须要了解细胞记忆这一机制，但到目前为止人们对它是如何运作却知之甚少，”Imhof说。LMU的研究者使用含有重同位素的化学前体来标记沉积在基因组DNA特定延长链上的新组蛋白，使它们能够通过质谱的方式来和亲代组蛋白进行区分。该小组以这种方式能够确定在细胞周期中新组蛋白如何以及何时需要在它们的亲本对等物中存在的一系列修饰，并由此确定细胞的表观遗传记忆何时被重建。

细胞记忆的丢失

Imhof和他的同事发现，给新合成的组蛋白添加正确的表观遗传标记涉及到与时间赛跑。大多数亲本修饰在单个细胞周期中被成功重建。“但也存在亲本的修饰未被忠实传递下去的案例，”Imhof说。事实上，这种情况发生在修饰酶到达相关的结合位点之前的下一个细胞周期被启动之时。”

这个结果对于肿瘤研究有重要意义。“组蛋白修饰的失败传递在表观遗传信息的丢失中作用重大，它可能会导致去分化，而这是肿瘤的特征，”Imhof说。实际上肿瘤细胞不再“记得”它们先前所属的细胞分化谱系类型。作为这种细胞记忆丢失的结果，它们以不受控的方式分裂，并增殖得非常快以致于它们可侵入并破坏周边组织，危害生物体的生存。

细胞记忆的重构

相反地，胚胎干细胞具有分化成许多不同细胞类型的能力，但它们也分裂得非常迅速。然而，它们的能够产生不同细胞类型的能力意味着它们能够在细胞分裂过程中重构（和选择性地“遗忘”）它们的染色体之前存在的组蛋白修饰方式。 “在正常的胚胎发育过程发生的细胞分化的有序继承中，组蛋白修饰的改变扮演着非常重要的角色，”Imhof说。

干细胞研究人员目前正在试图了解这些细胞的先天机动性，并利用它达到治疗目的。因此就可能将成体细胞转化成多能干细胞，进而将其分化成各种细胞类型。 “问题是这个过程的效率很低，”Imhof指出。他和他的同事们现在希望找出能阻断负责组蛋白修饰的酶的活性抑制剂，这些抑制剂应会促进细胞的重新编程。