ESCs自我更新和多能性調(diào)控的研究多集中在轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控機(jī)制和信號(hào)通路調(diào)控機(jī)制等方面，近年來研究表明，表觀遺傳調(diào)控在ESCs增殖分化和命運(yùn)決定等方面起著關(guān)鍵的作用。而超級(jí)增強(qiáng)子作為大型順式調(diào)控元件，高度富集H3K27ac、H3K4me1等表觀遺傳修飾，其在ESCs中的功能作用我們還知之甚少。

1胚胎干細(xì)胞簡介

胚胎干細(xì)胞來源于植入前胚泡囊胚期內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，是取出的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞在體外適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)條件下馴化，形成的穩(wěn)定并且具有分化多潛能性和無限自我更新能力的一種細(xì)胞系。多能性是指ESCs具有產(chǎn)生發(fā)育中胚胎和成年生物的所有細(xì)胞譜系的能力；自我更新能力是ESCs保持干性的狀態(tài)下增殖的能力^[1]。ESCs的這種能力特點(diǎn)使其為組織修復(fù)和再生的研究提供了廣闊的前景，并且為建模人類疾病和理解生物進(jìn)化提供了強(qiáng)大的工具。發(fā)育缺陷會(huì)導(dǎo)致許多疾病，ESCs多能性和自我更新能力是胚胎發(fā)育的關(guān)鍵，因此，研究其分子機(jī)制十分重要，對多能干細(xì)胞調(diào)控機(jī)制的進(jìn)一步了解可能會(huì)發(fā)現(xiàn)針對治療發(fā)育缺陷而造成的疾病新方法。

ESCs多能性維持的調(diào)節(jié)機(jī)制必須平衡其穩(wěn)定性，維持多能性和可塑性，以允許進(jìn)入特定的分化程序。目前研究發(fā)現(xiàn)，維持mESCs的多能性調(diào)節(jié)機(jī)制有多種，包括Oct4、Sox2、Nanog及Klf家族基因Klf2、Klf4、Klf5等復(fù)雜且互動(dòng)的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)機(jī)制^[10]，LIF信號(hào)通路、BMP信號(hào)通路及Wnt信號(hào)通路等信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)節(jié)機(jī)制，以及MicroRNA（miRNA）、非編碼RNA（non-coding RNA，ncRNA）、染色質(zhì)重塑及組蛋白修飾等小RNA傳導(dǎo)和表觀遺傳調(diào)控機(jī)制^[2]。

2?超級(jí)增強(qiáng)子研究進(jìn)展

基因表達(dá)的特異性是組織功能和特性的關(guān)鍵，在很大程度上取決于轉(zhuǎn)錄水平。 位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)近端的啟動(dòng)子在啟動(dòng)基因表達(dá)中起著至關(guān)重要的作用，但是它們的活性在很大程度上取決于更多的遠(yuǎn)端調(diào)節(jié)元件的作用。在這些調(diào)控元件中，增強(qiáng)子是最具特色的，通常具有H3K27ac和H3K4me1等特定的染色質(zhì)修飾。

目前，增強(qiáng)子被定義為短（?100–1000bp）的非編碼DNA序列，由轉(zhuǎn)錄因子識(shí)別基序的濃縮簇組成。增強(qiáng)子驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄與其和同源啟動(dòng)子之間的距離，位置或方向無關(guān)。SE是增強(qiáng)子中較大的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)域，由長基因組結(jié)構(gòu)域組成，該基因組結(jié)構(gòu)域由被高水平的H3K4me1，H3K27ac，P300或主轉(zhuǎn)錄因子占據(jù)的增強(qiáng)子簇組成。SE的大小，轉(zhuǎn)錄因子密度和含量，對轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合敏感性以及主動(dòng)轉(zhuǎn)錄與經(jīng)典增強(qiáng)子（Typical Enhancers，TEs）不同。與TE相比，SE在細(xì)胞中的數(shù)目較少，但在基因組中占據(jù)的范圍較大，一般在10~60Kb，TE的大小僅有1~4Kb（如圖1.3所示）。并且SE的細(xì)胞特異性更強(qiáng)，絕大多數(shù)SE僅出現(xiàn)在少數(shù)或單個(gè)細(xì)胞類型當(dāng)中。此外，SE比TE產(chǎn)生更高水平的增強(qiáng)子RNA（eRNA），并具有激活靶基因轉(zhuǎn)錄和驅(qū)動(dòng)基因表達(dá)高潛能性。在ESCs中，超級(jí)增強(qiáng)子與主要多能性轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)，例如Oct4，Sox2和Nanog。同時(shí)，多個(gè)主轉(zhuǎn)錄因子占據(jù)著共同的超級(jí)增強(qiáng)子，通過形成高度交織的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步放大超級(jí)增強(qiáng)子相關(guān)靶基因（包括主轉(zhuǎn)錄因子本身）的表達(dá)水平^[3]。

SE定義如下：SE的識(shí)別基于它們能夠結(jié)合啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性標(biāo)記蛋白（包括輔因子，例如Cohesin和Mediator等），組蛋白修飾標(biāo)記蛋白（例如H3K27ac和H3K4me1）和染色質(zhì)修飾蛋白（例如p300）。研究表明，三維基因組組織在基因調(diào)節(jié)和細(xì)胞功能中起關(guān)鍵作用，還表現(xiàn)出細(xì)胞類型的特異性。特別是CTCF介導(dǎo)的兩個(gè)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域相互作用形成的染色體環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)的絕緣鄰域，為精確的基因表達(dá)控制提供了強(qiáng)大的支撐。此外，研究表明基因組被組織為相對于細(xì)胞類型穩(wěn)定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)域，同一TAD中的基因和調(diào)控元件表現(xiàn)出高度相關(guān)性，將超級(jí)增強(qiáng)子的超轉(zhuǎn)錄活性嚴(yán)格限制在絕緣的鄰域內(nèi)，能將它們更為精確而特異地束縛在其靶基因上。最近的研究表明，增強(qiáng)子也可以通過染色質(zhì)長距離相互作用跨TAD發(fā)揮調(diào)控作用，并且超級(jí)增強(qiáng)子具有介導(dǎo)長距離DNA相互作用和環(huán)化的兩個(gè)因子Cohesin和CTCF的相對較高的占用率，因此將超級(jí)增強(qiáng)子和啟動(dòng)子連接的染色體環(huán)得到更嚴(yán)格控制和維持^[4]。超級(jí)增強(qiáng)子及其缺陷已被證明與多種疾病相關(guān)聯(lián)，包括癌癥、代謝性疾病和免疫性疾病等。此外，研究表明增強(qiáng)子在前列腺癌中發(fā)揮著重要的功能作用，不僅能夠維持鄰近基因的高表達(dá)，并且能夠通過染色質(zhì)長距離相互作用跨TAD調(diào)控同一染色體其它基因，甚至能夠跨染色質(zhì)發(fā)揮功能作用^[5]。

染色質(zhì)長距離相互作用由CTCF和粘著蛋白形成的結(jié)構(gòu)環(huán)將基因組折疊成域（TAD），而增強(qiáng)子則與跨越巨大基因組距離的啟動(dòng)子相互作用，從而調(diào)節(jié)基因表達(dá)。這種染色質(zhì)長距離相互作用的方式在哺乳動(dòng)物基因組中普遍存在，因此，染色質(zhì)長距離相互作用的研究對我們理解胚胎發(fā)育和癌癥等相關(guān)疾病的分子機(jī)制具有十分重要的意義^[6]。

基因組學(xué)和細(xì)胞固定成像的方法有助于闡明染色質(zhì)相互作用的許多方面，但無法確定時(shí)間信息。盡管目前對基因組學(xué)的研究越來越深入，增強(qiáng)子與啟動(dòng)子之間的相互作用的基因座特異性機(jī)制以及三維基因組組織和染色質(zhì)環(huán)化動(dòng)力學(xué)及功能仍不清楚。目前，研究發(fā)現(xiàn)三維超分辨率活細(xì)胞成像可能會(huì)成為動(dòng)態(tài)探測3維基因組結(jié)構(gòu)和功能以及研究增強(qiáng)子和啟動(dòng)子相互作用和染色質(zhì)環(huán)化的關(guān)鍵工具^[6]。

3 總結(jié)

ESCs具有在體外培養(yǎng)保持不分化狀態(tài)下不斷自我更新的能力，并且可以體外定向誘導(dǎo)分化形成胚胎三個(gè)胚層所有類型的細(xì)胞。這種特點(diǎn)使其在組織分化、動(dòng)物發(fā)育、細(xì)胞治療和再生醫(yī)學(xué)等研究中具有重要意義。

基因組中的轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件（激活子、抑制子等）是細(xì)胞分化、發(fā)育、衰老和疾病過程中基因組動(dòng)態(tài)變化的關(guān)鍵因素。其中，激活子包括啟動(dòng)子和增強(qiáng)子，啟動(dòng)子定義基因的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，而增強(qiáng)子則是增強(qiáng)這種轉(zhuǎn)錄起始的元件。增強(qiáng)子可直接接觸啟動(dòng)子或通過轉(zhuǎn)錄聚合物與啟動(dòng)子結(jié)合促進(jìn)基因的表達(dá)^[38]。隨著基因組學(xué)的發(fā)展，我們對增強(qiáng)子與啟動(dòng)子之間的調(diào)控關(guān)系有越來越清晰的認(rèn)識(shí)，并且發(fā)現(xiàn)由多個(gè)增強(qiáng)子串聯(lián)的大型轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件——超級(jí)增強(qiáng)子，往往在特定細(xì)胞類型中起著關(guān)鍵調(diào)控作用。

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