来自以色列希伯来大学（The Hebrew University）Silberman生命科学研究院（Silberman Institute of Life Science）、拖拉维亚大学（Tel Aviv University）的研究人员利用一组携带有脆性X综合征（Fragile X syndrome）突变的胚胎干细胞确定了突变的基因在发育过程中发挥作用的时间，这一研究成果公布在《细胞－干细胞》（Cell Stem Cell）在线版上。
这是首次利用从患有遗传失序症的胚胎中获得的干细胞研究发现，早期胚胎发育过程中突变基因能正常行使功能，但是这一功能会被细胞分化终止，这一研究成果说明干细胞研究也许能用于动物模型不能进行的，疾病发生机制的研究。
希伯来大学的Rachel Eiges表示，这项研究“提出了（人类胚胎干细胞）作为一种研究早期人类胚胎发育的模式系统的价值”，“我们发现这可以作为一种强有力的工具分析特殊发育事件中一个特异突变的作用，这将有助于完成其它研究无法达到的目的。”
脆性X综合征是最常见的脑发育延迟遗传性疾病，属于X-连锁隐性遗传病，发病率在男性为1/4000，女性为1/8000。脆性X综合征的分子遗传学基础是在本病的致病基因FMR-1的5’UTR有一个不稳定的多态性位点CGG重复序列。在正常人中，重复次数为5-60，而在病人中重复次数可能达到230次以上，而女性携带者和正常男性后代通常插入为带有60-200个重复序列的前突变。除此标志性的扩增外，全突变还包括紧邻FMR-1基因的区域有异常的甲基化。
但是由于这种失序症的动物模型和分子模型都无法概括出胚胎发育过程中，这个分子过程是如何发生的，因此研究人员无法确定这个突变是如何，以及什么时候扰乱基因的功能。
为了解答这个疑问，Eiges研究小组实验设计获得了一组携带有脆性X综合征突变（通过植入前遗传学诊断(preimplantation genetic diagnosis，PGD)确认）的人类胚胎干细胞系，通过RT－PCR和Westen Blot分析，他们发现这些未分化的干细胞会转录出脆性X基因，产生FMR蛋白，但是当细胞被诱导分化的时候，FMR1 mRNA和FMR蛋白水平都会大幅下降，这说明分化对于启动沉默这个突变和引起疾病的症状都是必要的。
进一步的实验表明这个启动过程属于翻译后修饰：染色体结构中的一个蛋白（之前研究认为在沉默基因方面起作用）在未分化的干细胞中未甲基化，但是在分化之后就被甲基化了。甲基化将FMR1基因区域的染色质浓缩了，从而组织了转录。
Eiges说，“这一发现证明FMR1的失活是一个多步骤过程，是由分化调控和启动的。”
美国生物科技集团先进细胞技术公司（Advanced Cell Technology）的Robert Lanza认为，“显然，像这样的干细胞系能帮助科学家们发现人类遗传失序症的机制，并且也许未来将能发展出一种新的诊断治疗以及干预治疗的方法”。
波士顿儿童医院的M. William Lensch也认为这项研究“令人激动”，但是他也提到目前联邦资助干细胞研究的限制，即禁止制造新的干细胞系，这也许会阻遏这一研究，“这项研究不能在美国进行，除非它完全由私人资助。”
原始出处:
Cell Stem Cell, Vol 1, 568-577, 15 November 2007
Short Article
Developmental Study of Fragile X Syndrome Using Human Embryonic Stem Cells Derived from Preimplantation Genetically Diagnosed Embryos
Rachel Eiges,1,2,5 Achia Urbach,1,5 Mira Malcov,3 Tsvia Frumkin,3 Tamar Schwartz,3 Ami Amit,3 Yuval Yaron,4 Amir Eden,2 Ofra Yanuka,1 Nissim Benvenisty,1, and Dalit Ben-Yosef3
1 Department of Genetics, Silberman Institute of Life Science, The Hebrew University, Jerusalem 91904, Israel
2 Department of Animal and Cell Biology, Silberman Institute of Life Science, The Hebrew University, Jerusalem 91904, Israel
3 Racine IVF Unit, Lis Maternity Hospital, Tel Aviv Sourasky Medical Center, Sackler Faculty of Medicine, Tel Aviv University, Tel-Aviv 69978, Israel
4 Prenatal Diagnosis Unit, Genetic Institute, Tel Aviv Sourasky Medical Center, Sackler Faculty of Medicine, Tel Aviv University, Tel-Aviv 69978, Israel
Corresponding author
Nissim Benvenisty
nissimb@cc.huji.ac.il
We report on the establishment of a human embryonic stem cell (HESC) line from a preimplantation fragile X-affected embryo and demonstrate its value as an appropriate model to study developmentally regulated events that are involved in the pathogenesis of this disorder. Fragile X syndrome results from FMR1 gene inactivation due to a CGG expansion at the 5′UTR region of the gene. Early events in FMR1 silencing have not been fully characterized due to the lack of appropriate animal or cellular models. Here we show that, despite the presence of a full mutation, affected undifferentiated HESCs express FMR1 and are DNA unmethylated. However, epigenetic silencing by DNA methylation and histone modification occurs upon differentiation. Our unique cell system allows the dissection of the sequence by which these epigenetic changes are acquired and illustrates the importance of HESCs in unraveling developmentally regulated mechanisms associated with human genetic disorders.
