幹細胞*1能夠自我更新併產生於發育程序中分化的細胞。在適當條件下，大多數植物中以及部分動物中的的該種分化細胞可以變成幹細胞。雖然幹細胞在哺乳動物的胚胎發生後不再產生，但是一些轉錄因子的產生仍會誘導體細胞向誘導性富潛能幹細胞(iPS細胞) *2 的轉化。
植物細胞比動物細胞更具塑性。在某些陸生植物的發育和再生期間製造新器官的程序中，這種幹細胞的形成尤爲常見。前人的研究已經能夠成功地透過在擬南芥中誘導單個轉錄因子而從完整的葉子來形成新芽。然而，目前尚不清楚這些轉錄因子是透過誘導產生分生組織來產生幹細胞的，還是直接誘導產生幹細胞。
圖1. 當STEMIN基因被激活時，葉細胞直接轉化爲原絲體幹細胞並延伸。
左上：一般莖葉體, 右上：激活了STEMIN基因的莖葉體，
左下：一般葉片，右下：激活了STEMIN基因的葉片。
由金澤大學跨學科科學技術中心的西山智明助理教授，基礎生物學研究所的石川雅樹助理教授、森下美生、長谷部光泰教授以及名古屋大學佐藤良勝特任副教授等組成了聯合研究小組，從苔苔類中發現了一種能夠將植物活體內的間葉細胞直接轉化爲幹細胞的誘導轉錄因子。這種直接幹細胞誘導因子的發現將有助於進一步從分子層面上闡明陸生植物中幹細胞形成的機制。
圖2.解釋幹細胞如何將幹細胞轉變爲幹細胞的模式
在葉細胞中，用來形成幹細胞的大量基因被化學修飾方法（圖的上半部分）嚴格抑制。當STEMIN被激活時，化學修飾被去除，促進幹細胞形成的基因重新開始起作用（圖的下半部分）。該團隊認爲，STEMIN既起到減量化學修飾的作用，又起着轉錄某種特定基因的作用，而該種特定基因正是其化學修飾被減量的那些。
爲了闡明該機制，金澤大學長谷部光泰教授及其同仁於2005年起動了一項名爲「長谷部(人名) 分化全潛能性演化」的研究專案，該專案由日本科學技術廳支援。該專案成功地揭示了幹細胞形成程序中 STEM CELL INDUCING FACTOR 1 (幹細胞誘導因子1，簡稱STEMIN1)的產生機制。STEMIN1基因會在正在發生幹細胞形成程序的離體葉片中被激活。此外，STEMIN1及其兩個同源性基因的缺失推遲了葉片切除後幹細胞的形成。這些結果表明了STEMIN1在在蘚類中開啓幹細胞形成的内在機制。進一步地，該團隊發現這些基因的特徵爲組蛋白* 3 H3在離胺酸-27（H3K27me3）的三甲基化，即所謂的抑制性組蛋白化學修飾* 4，並在葉細胞中受到轉錄抑制。與此相反，葉細胞中的STEMIN1誘導降低了細胞分裂前STEMIN1-直接靶基因中的抑制性組蛋白修飾能力，並激活了基因表現，導致了幹細胞的形成。
這一新研究結果從機制上洞察了單一轉錄因子是如何誘導陸生植物幹細胞形成的。此外，包括被子植物在内，其它陸生植物也含有STEMIN基因的直接同源性物，因此，對該基因族其它成員的進一步考察還將證明這一機制是否適用於所有陸生植物中的幹細胞形成終極因數。
該研究成果發表於2019年7月8日國際期刊《Nature Plants》上。
供稿 鍾維
編輯修改 JST 客觀日本編輯部
[用語解釋]
※1 幹細胞
一種特殊類型的細胞，能夠分裂並分化成相同的細胞和不同的細胞。
※2 iPS細胞（人工誘導性富潛能幹細胞）
由哺乳動物成體細胞經轉入轉錄因子等手段逆分化形成的富潛能幹細胞。它被稱爲富潛能幹細胞，因爲它可以產生各種細胞。
※3 組蛋白
存在於細胞核中。可以透過細胞中存在的各種酶進行化學修飾，並且根據待修飾的位置和化學修飾的類型不同而具有不同的功能。
※4 化學修飾
透過對生物分子（例如蛋白質和DNA）化學基團的引入或除去，而使其共價結構發生改變，從而改變其活性及反應性。
英文鏈結：
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-07/nion-fos071019.php
參考文獻：
Nature Plants
"Physcomitrella STEMIN transcription factor induces stem cell formation with epigenetic reprogramming"
DOI: 10.1038/s41477-019-0464-2 (https://doi.org/10.1038/s41477-019-0464-2)
