“甲基化”的魔术！Nature揭示｜DNA甲基化调控星形胶质细胞转化为神经干细胞的机制

转自：生物谷

在大脑中，静止的神经干细胞与普通的星形胶质细胞在外形上极为相似，但前者具有生成新神经细胞的能力，而后者则主要支持神经元的功能。是什么让它们在功能上如此不同？答案在于DNA的甲基化模式。

来自德国癌症研究中心和海德堡大学的研究人员在小鼠身上发现，当大脑供血不足时，星形胶质细胞可以在表观遗传学上被重编程为神经干细胞，进而产生新的神经细胞。这一发现可能为再生医学开辟新途径，帮助替换受损的神经细胞。

相关研究结果于2024年9月4日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“DNA methylation controls stemness of astrocytes in health and ischaemia”。

大脑中存在多种细胞共同工作。神经元虽然重要，但只占大脑细胞的一小部分，其余的则是神经胶质细胞，其中最常见的就是星形胶质细胞。这些细胞不仅为神经元提供营养，还参与血脑屏障的构建、调节突触活动和支持免疫细胞功能。一小部分星形胶质细胞具有产生神经细胞的能力，因此也被称作神经干细胞。

神经干细胞与普通星形胶质细胞在基因表达上几乎相同，但它们的功能却大相径庭。这究竟是什么原因呢？

甲基化是关键

为了回答这个问题，研究人员从小鼠大脑中仍在发育的年轻神经元区域分离出普通星形胶质细胞和神经干细胞，并分析了这些细胞的基因表达和甲基化模式。他们发现神经干细胞具有一种特殊的甲基化模式，使得它们能够激活某些基因，从而产生新的神经细胞。相比之下，普通星形胶质细胞由于这些基因被甲基化阻断，无法激活这些基因。

DNA甲基化是指一种化学标记，可以帮助细胞关闭未使用的DNA部分，从而决定细胞的身份和功能。

图片来自Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07898-9

为了进一步研究甲基化是否能在大脑其他区域将星形胶质细胞转化为神经干细胞，研究团队模拟了大脑缺血条件下的情况，即短暂中断小鼠大脑的血液供应。结果发现，在非传统神经干细胞区域也能检测到具有干细胞特征的星形胶质细胞以及增多的神经祖细胞。

研究者们认为，正常大脑中的星形胶质细胞之所以不会形成神经细胞，是因为它们的甲基化模式阻止了这一过程。如果能够通过技术手段改变甲基化特征，那么就有望生成新的神经元，为治疗神经疾病提供新思路。

这项研究展示了在大脑损伤或中风后，如何通过改变星形胶质细胞的甲基化特征来促进神经细胞再生，增强大脑自我修复能力。未来，这一发现可能帮助开发新的治疗方法，用于修复大脑损伤。

参考资料：

Lukas P. M. Kremer et al. DNA methylation controls stemness of astrocytes in health and ischemia. Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07898-9.

（转自：生物谷）