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我們的身體是由許多細胞構成，這些細胞在發育期間獲得特性，在每個器官中實現精確的功能：我們稱它們為分化細胞。一般細胞會保持它們的特異性，直到死去，但是有研究證明，一些細胞能改變狀態，并獲得新的功能。這很罕見，但是存在于許多物種中，被稱為“轉分化(transdifferentiation)”。

法國國家科研中心分子細胞及遺傳學研究所的一個研究小組在秀麗隱桿線蟲(C. elegans，一種透明的小線蟲)中研究了這一過程，在其體內一個直腸細胞自然轉變為運動神經元。這種轉化——從一種細胞類型到另外一種——發生而沒有細胞分裂，是通過一系列定義良好的步驟，這些步驟總是導致相同的結果。研究人員調查了使這一轉化過程如此穩定的因素。

該研究小組已經闡明了幾個轉錄因子在這一轉分化過程中的作用。但是，這些新的研究結果展現了可調節基因表達的所謂“表觀遺傳學”因素的作用。兩個蛋白復合物參與了這一機制。這些酶作用于一個組蛋白，當一個突變改變它們的行為時，轉分化就停止，直腸細胞不再轉化成神經元。

研究人員觀察到，這兩個復合物以不同的步驟起作用，它們的作用可能變為，與它們相關的轉錄因子的功能。這些結果強調了正確步驟鏈對于這些分子的重要性：轉分化機制的動態性是其穩定性的必要條件。

在這一生物過程中，遺傳學和表觀遺傳學因素各自起什么作用，是一個激烈爭論的主題。這項工作表明，這些因素中的每一個如何在轉分化中起作用：轉錄因子負責起始反應，而表觀遺傳學因素則保證恒定的結果。研究還進一步表明，在“正常”條件下，表觀遺傳學因素是偶然的，但是當存在環境壓力時，它們是不可或缺的。所以，對于增大這一機制的有效性，并確保面臨外部變化時仍然保持穩定而言，表觀遺傳學因素起著至關重要的作用。

轉分化是一種了解甚少的現象。它可能與我們在一些生物中所觀察到的器官再生有關，例如蠑螈，能夠在受傷后重建自己的眼透鏡。這些結果帶來新的關鍵信息，可幫助我們了解如何控制這一過程，并可能為有前景的治療方法打開一條途徑，特別是再生醫學領域。

原文摘要：

Sequential histone-modifying activities determine the robustness of transdifferentiation

Steven Zuryn, Arnaud Ahier, Manuela Portoso, Esther Redhouse White, Marie-Charlotte Morin,Raphaël Margueron, and Sophie Jarriault

Natural interconversions between distinct somatic cell types have been reported in species as diverse as jellyfish and mice. The efficiency and reproducibility of some reprogramming events represent unexploited avenues in which to probe mechanisms that ensure robust cell conversion. We report that a conserved H3K27me3/me2 demethylase, JMJD-3.1, and the H3K4 methyltransferase Set1 complex cooperate to ensure invariant transdifferentiation (Td) ofpostmitotic Caenorhabditis elegans hindgut cells into motor neurons. At single-cell resolution, robust conversion requires stepwise histone-modifying activities, functionally partitioned into discrete phases of Td through nuclear degradation of JMJD-3.1 and phase-specific interactions with transcription factors that have conserved roles in cell plasticity and terminal fate selection. Our results draw parallels between epigenetic mechanisms underlying robust Td in nature and efficient cell reprogramming in vitro.

連續的組蛋白修飾活性控制轉分化的穩定性