到目前為止，人類對胚胎干細胞的治療性應用抱有很大的期望，希望有一天這種細胞能夠治療人類疾病。事實上，最近的兩項新研究表明，這種特殊的萬能細胞除了醫用價值之外，還使破解人類生物學的基本秘密獲得了重要進展。

到目前為止，生物學家對人類如何實現從一個單獨的受精卵到構成一個成熟個體的億萬細胞的過程還知之甚少。Whitehead研究所的Richard Young和Rudolf Jaenisch實驗室與哈佛的Douglas Melton以及麻省理工的David Gifford合作確定出了控制胚胎干細胞基因組的一個關鍵發育成分。這項研究計劃獲得的小鼠研究結果公布在4月20日的Nature雜志上，而人類研究結果則公布在4月21日的Cell雜志上。

這些研究成果是向著繪制胚胎干細胞調節環路前進的一個里程碑，這個環路也構成了人類的構建環路。

兩片文章集中就一套成為Polycomb gorup(聚硫蛋白復合體)的蛋白質進行了研究。之前的研究顯示，Polycomb蛋白對早期發育至關重要。如果編碼Polycomb蛋白的基因在胚胎干細胞中缺失，那么細胞就會以一種不受控制的方式開始發育，并且喪失掉它們的特性。Polycomb對一個胚胎干細胞的身份確定很關鍵。研究人員意識到，捕捉這種蛋白在與它的所有靶標基因相互作用時狀況將為了解干細胞如何被編排提供重要線索。

但是，要進行這樣的一個計劃卻遇到一個攔路虎：如何能夠搜索基因組中30億個字母來確定出幾百個蛋白質/DNA相互作用呢?

Young的實驗室開發一套能夠掃描整個基因組的芯片工具以定位特定的靶標分子。研究中，首次將該技術用于掃描胚胎干細胞的整個基因組。

Laurie Boyer等研究人員領導的研究組使用了這種技術來分析人類和小鼠的胚胎干細胞。為了能夠篩選這種類型的細胞，研究人員又對這項技術進行了改良。

分析結果表明Polycomb能抑制對后期發育至關重要的整個基因網絡，被抑制的這些基因在干細胞開始分化時被啟動。這些發現解釋了為什么胚胎干細胞能夠在Polycomb蛋白喪失時迅速長成分化細胞。

Polycomb動態地與其他分子協作來沉默基因，然后在發育過程中又逐漸讓它們活化表達。它還是發育的塑造成分，因此弄清它的工作機制以及與它反應的基因靶標對了解神奇的細胞具有無可估量的價值。(生物通記者楊遙)

胚胎干細胞(embryonic stem，ES)是一個誘人的研究課題，因為這種全能干細胞具有形成完整個體的分化潛能，可以無限增殖并分化成為全身200多種細胞類型，從而可以進一步形成機體的任何組織或器官，這對于器官移植等臨床醫學來說無疑個福音。在這方面胚胎干細胞如何能發育成數百種體細胞的全能性，一直是當前研究干細胞的學者全力想解開的謎團之一。4月Nature，Cell不同的三篇文章對ES細胞分化過程進行了進一步的解析，為解開這一謎團提供了里程碑式的研究結果。

這三篇文章都是有關胚胎干細胞ES分化抑制機制(repressive mechanism)的研究報告，目前雖然已有許多的證據證明干細胞的全能性有賴于外來信號的誘導，但是許多體細胞的細胞分裂與分化同樣也需要這些信號。因此了解胚胎干細胞本身的特有機制當然就是解開ES全能性的關鍵。

來自本期Cell(4月21日)和Nature(4月19日)的兩篇文章都是從聚硫蛋白家族(Polycomb group，PcG)入手，PcG一直以來都被認為是維持關鍵的發育調節因子如Hox基因的準確表達的重要因子，如果編碼Polycomb蛋白的基因在胚胎干細胞中缺失，那么細胞就會以一種失控的方式進行發育，導致干細胞發育失常，因此研究人員將重點放在了這種蛋白身上。結果發現干細胞之所以擁有全能性主要是通過PcG蛋白家族抑制了有關激活體細胞分化途徑的蛋白的轉錄。之前的研究也證明PcG蛋白家族與組蛋白H3(histone H3) 甲基化有關，經過這種共價修飾之后，染色體與各種轉錄因子之間的結合能力就會降低，從而導致轉錄過程受到抑制。

這兩篇文章均是由美國麻省Whitehead生物醫藥研究院(Whitehead Institute for Biomedical Research)的干細胞研究權威Rudolf Jaenisch與在DNA芯片應用方面集大成者的Richard Young這兩位教授主持完成。由于在研究PcG蛋白過程中需要鑒定出基因組中幾百個蛋白質和DNA的相互作用，因此他們利用染色質免疫沉淀分析(Chromatin-IP microarray，CHIP-chip)結合DNA芯片技術，一次性篩選了Suz12(Suz12是在哺乳動物中PcG蛋白家族的成員之一)在人類胚胎干細胞基因組里會抑制的基因。這一實驗也在老鼠胚胎干細胞獲得了同樣的結果，證明了PcG蛋白家族確實是維持干細胞全能性的重要因子。同時研究人員也鑒定出了數百種在胚胎干細胞里會被Suz12抑制的蛋白，而這些蛋白絕大部份會被干細胞所特有的轉錄因子-Oct4, Sox2, Nanog所抑制，這就從另一側面證明了PcG蛋白家族與 Oct4, Sox2, Nanog之間的相互作用是維持胚胎干細胞全能性的關鍵所在了。

Cell同期的另外一篇文章則是由來自美國麻省分子病理學與癌癥研究中心(Molecular Pathology Unit and Center for Cancer Research)的研究人員發現在哺乳動物基因組中編碼發育相關的轉錄因子TFs基因簇中的高度保守非編碼區(highly conserved noncoding elements，HCNEs)的有趣作用：一方面可以抑制參與體細胞激活路徑的轉錄因子的表達，另一方面在干細胞晚期開始要分化的時候又可以促進干細胞分化，這種新機制Eric S. Lander等人把他稱為“bivalent domains”。

這三篇文章從不同的角度—主要是分子方面(包括染色體和組蛋白)——解析了胚胎干細胞分化的謎團，為接下來如何將這些干細胞分化轉錄過程加以應用化提供了準確的資料，也為研究癌細胞，體細胞與干細胞之間的關系提供了延展的空間。