Science：不同的面孔是怎樣形成的？

每一張臉都是獨一無二的，儘管控制顱骨面部形狀的基因在每個人身上幾乎都是相同的。那麼，這些獨特的特徵是如何從相同的基因子集中產生的呢？瑞士Friedrich Miescher生物醫學研究所（FMI）的Filippo Rijli團隊發現了調節面部形態的表觀遺傳學機制。相關文章發表在3月31日的Science上。

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產生面部結構的神經嵴細胞是多能的

要產生不同的顱面結構組裝成一張優美的臉依賴於一種特殊的細胞類型——神經嵴細胞。它產生了大部分顱骨和面部的軟骨。在早期胚胎髮育過程中，神經嵴細胞從發育中的神經管向潛在的頭部區域遷移。遷移前的神經嵴細胞是多能幹細胞，一旦它們到達最終目的地將最終分化為軟骨或骨骼。

神經嵴細胞能保持染色質的可塑性，所有的基因都準備響應環境信號。當細胞暴露於這些信號時，會發生一個從穩定的到活躍的染色質狀態的切換，誘導產生下巴、額頭或顴骨的位置特異性轉錄程序進行轉錄。

神經嵴細胞也獲得特定的「位置」的身份（和它們在發育的面部的位置有關），這將決定成為下巴、顴骨、鼻子或前額的骨和軟骨的形狀。這個位置的身份是在細胞遷移過程中獲得的，這取決於遷移的路徑和它們與當地環境的相互作用。然而，即使遷移後，神經嵴細胞仍保持一定程度的可塑性。

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雙重表觀遺傳因子調控神經嵴細胞轉錄

至這篇文章發表為止，大家還不清楚神經嵴細胞在遷移的時候如何保持可塑性，如何同時響應局部環境信號和誘導位置特異性的轉錄程序。Filippo Rijli的小組同FMI計算生物學家Michael Stadler，已經闡明了這一過程是由染色質的表觀遺傳調控起作用的。

在這篇發表在Science上的文章里，他們報道了一種特定的染色體組織能讓神經嵴細胞保持轉錄的準備狀態直到它們遷移的終止，從而保持產生所有不同的面孔要素的潛力，不論其最終位置。

第一作者Maryline Minoux解釋說：」我們比較了不同位置的神經嵴細胞亞群的染色質在遷移之前和之後的分布。在遷移後的神經嵴細胞，差異沉默基因（即基因在有些亞群中不表達，但在其它亞群中表達）的啟動子均由雙重的：抑制的H3K27me3和激活的H3K4me2組蛋白修飾的表觀遺傳標記。這些基因隨時準備被激活。令人驚訝的是，這個準備的配置已經存在於遷移前的神經嵴細胞中。一旦細胞接收特定的環境信號，它們會失去抑制的H3K27me3標記，啟動位置特異性轉錄程序。」

此外作者發現：「時刻準備著」的染色質狀態由Polycomb抑制複合物2的 EZH2成分調節，這是一個在胚胎髮育過程中的染色質調節因子。EZH2特異性地將甲基化添加到組蛋白H3的賴氨酸27。

Filippo Rijli總結道：「這是一個理解不同的面部特徵產生的新的概念框架。表觀遺傳平衡可能使神經嵴細胞迅速適應局部環境信號變化的響應，從而可能解釋面部形狀的個體之間的差異。」

End

參考資料：Gene bivalency at Polycomb domains regulates cranial neural crest positional identity

Epigenetic regulation of face formation

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