小鼠胚胎干细胞的DNA复制。红色:新合成的DNA。

我们体内的成年细胞只能产生相同的细胞类型。例如，一个皮肤细胞不能生成肌肉细胞，只能生成皮肤细胞。这限制了成体细胞在治疗中的潜在用途。然而，在早期发育过程中，胚胎中的细胞有能力生成我们身体的所有细胞类型，包括干细胞。这种被称为“全能性”的能力，启发了研究人员在实验室中通过细胞重编程来寻找再现全能性的新方法。

全能细胞有自己的速度

全能细胞有许多特性，但我们还不知道所有的特性。亥姆霍兹慕尼黑大学的研究人员现在有了一个新的发现:“我们发现在全能细胞中，即干细胞的母细胞，DNA复制的速度与其他更分化的细胞不同。它比我们研究的任何其他类型的细胞都慢得多，”这项新研究的第一作者Tsunetoshi Nakatani说。

事实上，DNA复制是最重要的生物过程之一。在我们的一生中，细胞每次分裂都会产生一份精确的DNA副本，这样产生的子细胞就携带着相同的遗传物质。这一基本原则使我们的遗传物质得以忠实地继承。

研究人员发现，在科学家可以在培养皿中培养的全能细胞中，DNA复制的速度也很低。Tsunetoshi Nakatani补充道:“这让我们想到了一个问题:如果我们能够改变DNA复制的速度，我们能否改善细胞向全能细胞的重新编程?”

速度降低，细胞重新编程得到改善

在一项杰出的实验中，研究人员确实观察到减慢DNA复制速度——例如通过限制细胞用于DNA合成的底物——可以提高重新编程的效率，即细胞转化为另一种细胞类型的速度。

这项研究的负责人Maria-Elena Torres-Padilla说:“这太神奇了。多年来，我们一直在研究全能细胞，以了解大自然是如何让它们如此难以置信地能够生成我们身体的所有细胞类型的。这是我们研究再生医学方法的基本策略。这个新概念非常简单，但极其重要，我们相信这是干细胞治疗的巨大进步。”

参考: “DNA replication fork speed underlies cell fate changes and promotes reprogramming” by Tsunetoshi Nakatani, Jiangwei Lin, Fei Ji, Andreas Ettinger, Julien Pontabry, Mikiko Tokoro, Luis Altamirano-Pacheco, Jonathan Fiorentino, Elmir Mahammadov, Yu Hatano, Capucine Van Rechem, Damayanti Chakraborty, Elias R. Ruiz-Morales, Paola Y. Arguello Pascualli, Antonio Scialdone, Kazuo Yamagata, Johnathan R. Whetstine, Ruslan I. Sadreyev and Maria-Elena Torres-Padilla, 7 March 2022, Nature Genetics.
DOI: 10.1038/s41588-022-01023-0