在人类胚胎发育的最初阶段，一小部分被称为人类胚胎干细胞(hESCs)的细胞协调生长和分化，最终产生高度特化的人类组织。作为多能细胞-;体内每种细胞类型的祖细胞;hESCs是发育和再生生物学家的中心兴趣。许多驱动hESC功能的基因之前已经被确定，但揭示这些基因相互关联活动的强大工具直到最近才出现。
来自布里格姆妇女医院和哈佛医学院的研究人员使用全基因组基因筛选来过度表达和灭活(“敲除”)hESCs中的数万个基因。他们发现了同时控制多能性和细胞死亡准备(凋亡)的关键网络，有助于确保胚胎发育的最佳条件。这项研究的结果发表在《基因与发育》杂志上，为癌症遗传学提供了新的见解，并为再生医学研究提供了一种新的方法。
“阐明人类胚胎干细胞的功能是如何受遗传学控制的，这对我们理解发育生物学和再生医学至关重要，”共同通讯作者斯蒂芬·埃利奇博士说，他是布里格姆医学院格雷戈尔·孟德尔遗传学和医学教授。“我们的研究提供了迄今为止最广泛的hESCs基因功能检查。”
在进行实验时-;其中包括敲除大约18000个基因和过度表达12000个基因;研究人员注意到hESC基因在控制多能性或分化能力方面发挥了独特的作用。当研究人员删除这些众所周知的基因，其中包括OCT4和SOX2时，干细胞出人意料地增加了对死亡的抵抗力，这表明在正常情况下，多能性调节因子也有助于细胞凋亡途径。研究人员推测，多能性和严格控制的细胞死亡之间的遗传联系有助于确保，如果干细胞受损，它在胚胎发育的早期就被破坏，而不是损害未来细胞和组织的功能。
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这些相互关联的行为在称为SAGA复合体的多能性调节因子中尤为明显。研究人员首次证明，在没有SAGA复合体的情况下，hESCs不容易死亡。此外，SAGA复合物的缺失抑制了所有三个胚层(内胚层、中胚层和外胚层)的发育，证明了SAGA复合物在一系列hESC活性中的核心作用。最后，研究人员观察到，许多调节三种胚层形成的基因，当它们在体细胞中过度或不足表达时，也被认为是导致癌症生长的因素。
除了提供癌症遗传基础的新视角外，该研究的高通量遗传筛选方法可能为再生生物学的未来工作提供信息。
“基因筛查提供了一个绝佳的机会，可以探索基因网络如何影响生长、分化和生存等相互关联的细胞行为，”纳克罗娃说。他现在是马萨诸塞州总医院系统生物学中心的助理教授。“这种方法可以帮助再生和发育生物学家系统地绘制出参与特定组织形成的遗传网络，并操纵这些基因，以更有效地从干细胞中培养出不同种类的人体组织。”
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