胚胎干(ES)细胞是多功能干细胞,能够生成有机体中所有类型的细胞。这些细胞快速分裂,并且之前被认为经历了显著水平的复制压力。然而,最近在《EMBO报告》上由Kurashima等人发表的一项研究对这一信念提出了质疑,提供了对这些细胞内复制动态的深入分子分析。
在日本基础生物学国立研究所(NIBB)土井智美博士的领导下,研究团队检查了复制叉的行为,重点关注复制叉速度、暂停频率和各阶段S期的起始点激活密度等因素。他们的结果突显了之前未注意到的复制特征,不仅在ES细胞中,而且在各种非多能细胞中。
这项研究的主要作者Kurashima博士表示:“通过根据S期的亚阶段对细胞进行划分并对这些分组进行DNA纤维分析,我们发现哺乳动物多能干细胞在整个S期中始终保持较慢的复制叉速度和较高的活性起始点密度,同时几乎没有复制叉暂停。”这一发现与非多能细胞形成对比,后者在S期开始时具有较慢的复制叉速度,但后来加速。在非多能细胞中,复制叉在早期S期暂停,这可能会激活检查点机制以促进叉的加速并减少暂停。
研究还表明,当小鼠ES细胞分化时,它们采用类似于非多能细胞的复制模式。此外,小鼠ES细胞中观察到的各种复制特征在人类诱导多能干细胞(iPS细胞)中也存在,这表明慢复制叉和高起始点密度的组合可能是多能性的一个定义特征。有趣的是,试图加速复制叉的尝试导致基因组复制完成与细胞周期进展之间的不对齐。
土井博士总结道:“我们认为,慢复制叉并不是复制挑战的标志,而是ES细胞中DNA复制的一个基本方面。我们的研究突出了DNA复制的复杂调控,并展示了不同细胞类型如何利用不同的机制。”