北京基因組研究所（國家生物信息中心）合作揭示胎盤基因的異常表達是人類干細胞衰老的驅動力
細胞衰老是機體衰老的重要標志和驅動因素，其中表觀遺傳改變是細胞衰老的重要特征之一。細胞衰老通常表現為細胞核形態異常、核纖層蛋白結構紊亂以及核周異染色質的缺失。然而，細胞衰老過程中表觀基因組的重塑規律以及基因表達改變的調控機制尚不明確。通過系統地繪制細胞衰老過程中不同層次的表觀遺傳圖譜、解析細胞衰老的表觀基因組變化規律，有望發現對衰老敏感的表觀基因組位點和調控衰老的關鍵基因，從而為解碼細胞衰老的分子機制、揭示預警衰老的生物標志物以及衰老相關疾病的干預靶標提供新的線索。
2022年5月24日，中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）張維綺研究組同中國科學院動物研究所劉光慧研究組、曲靜研究組合作，在Developmental Cell雜志在線發表題為“Large-Scale Chromatin Reorganization Reactivates Placenta-Specific Genes that Drive Cellular Aging”的研究論文。該研究基于團隊前期創建的人類干細胞衰老研究體系，綜合運用DamID-seq、Hi-C、ChIP-seq、ATAC-seq和全基因組DNA甲基化測序（WGBS）等多維技術系統地繪制了人干細胞衰老過程中跨尺度、多層次、高分辨率的表觀基因組圖譜。
研究人員發現衰老細胞的表觀基因組呈現出染色質“剛性”的丟失和松弛性增加、表觀基因組“熵”和混亂度的增加、“區室化”特征的減弱、全基因組表觀信號的趨同性變化和“極性”的降低（激活性基因組區域和抑制性基因組區域表觀特征丟失）等規律。研究人員將這種現象定義為“衰老中表觀遺傳景觀的趨同性改變”（Convergent Alteration of the Epigenomic landscape during Aging，CAEA）。通過不同層次表觀基因組重塑和基因表達特征的整合分析，該研究還建立了衰老細胞中基因組結構性變化和轉錄表達失調的聯系，發現衰老細胞的表觀基因組“勢能”維持力的降低同衰老伴隨的轉錄失調密切相關。該研究報道鑒定了胎盤、發育早期基因以及譜系非必要基因的表觀“封印”解除和異位表達是人類細胞衰老的驅動力及分子標記物。
該研究首次系統地描繪了人干細胞衰老的多層次表觀基因組全景圖，跨越多個表觀基因組維度深入解析了衰老過程中不同層次表觀基因組重塑的規律，提出了細胞衰老的新型表觀基因組跨維度變化模式和理論框架，發現染色質的“熵增”和胎盤相關基因的異常表達是細胞衰老的關鍵驅動力和新型分子標志物。這些發現加深了人們對衰老程序化的認識，將為衰老的表觀基因組研究提供新的見解，為理解衰老的基因表達調控和關鍵信號通路提供新的方向，并為衰老的科學預警、衰老相關疾病的防治提供了潛在的評估策略和干預靶標。
該研究由中科院動物研究所、中科院北京基因組研究所（國家生物信息中心）、首都醫科大學宣武醫院、北京醫院、中科院上海生科院計算生物學研究所、華中農業大學等機構合作完成。中科院動物研究所劉光慧研究員、中科院北京基因組研究所張維綺研究員和中科院動物研究所曲靜研究員為論文的共同通訊作者。中科院動物研究所博士研究生劉尊鵬、季乾昭，中科院北京基因組研究所任捷研究員，中科院動物研究所博士研究生顏鵬澤，中科院動物研究所特別研究助理武澤明和首都醫科大學宣武醫院王思研究員為論文的共同第一作者。該研究得到中科院動物研究所王紅梅研究員、北京醫院孫亮教授、華中農業大學曹罡教授以及中科院上海營養與健康研究所魏剛研究員的指導與支持，并獲得科技部、國家自然科學基金委、中國科學院和北京市等項目資助。
大規模表觀基因組重塑引起的發育相關基因異常激活是人類干細胞衰老的驅動力
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