Stem Cell Res. 2011 Jan;6(1):60-9. Epub 2010 Aug 27.

Unrestricted somatic stem cells (USSC) from human umbilical cord blood display uncommitted epigenetic signatures of the major stem cell pluripotency genes.

Santourlidis S, Wernet P, Ghanjati F, Graffmann N, Springer J, Kriegs C, Zhao X, Brands J, Araúzo-Bravo MJ, Neves R, Koegler G, Uhrberg M.

Abstract

Unrestricted somatic stem cells (USSC) from human cord blood display a broad differentiation potential for ectodermal, mesodermal, and endodermal cell types. The molecular basis for these stem cell properties is unclear and unlike embryonic stem cells (ESC) none of the major stem cell factors OCT4, SOX2, and NANOG exhibits significant expression in USSC. Here, we report that these key stem cell genes hold an epigenetic state in between that of an ESC and a terminally differentiated cell type. DNA methylation analysis exhibits partial demethylation of the regulatory region of OCT4 and a demethylated state of the NANOG and SOX2 promoter/enhancer regions. Further genome-wide DNA methylation profiling identified a partially demethylated state of the telomerase gene hTERT. Moreover, none of the pluripotency factors exhibited a repressive histone signature. Notably, SOX2 exhibits a bivalent histone signature consisting of the opposing histone marks dimeH3K4 and trimeH3K27, which is typically found on genes that are "poised" for transcription. Consequently, ectopic expression of OCT4 in USSC led to rapid induction of expression of its known target gene SOX2. Our data suggest that incomplete epigenetic repression and a "poised" epigenetic status of pluripotency genes preserves the USSC potential to be able to react adequately to distinct differentiation and reprogramming cues.

S. Santourlidis et al

Stem Cell Research, 2011

سلول های بنیادی سوماتیکی محدود نشده (USSC) موجود در خون بند ناف انسان، توان تمایزی وسیعی را جهت تمایز به انواع سلول های موجود در لایه های اکتودرم، مزودرم و اندودرم از خود نشان می دهند. اساس مولکولی این خصوصیت در این سلول ها مشخص نیست و برخلاف سلول های بنیادی جنینی، هیچ یک از فاکتورهای مهم Oct4، Sox2 و NANOG در این سلول ها، بیان چشمگیری نداند. در این مقاله عنوان می شود که این ژن های کلیدی سلول های بنیادی از نظر اپی ژنتیکی در وضعیتی مابین آنچه در سلول های بنیادی جنینی و سلول های کاملا تمایز یافته وجود دارد، نگه داشته می شوند. آنالیزهای وضعیت متیلاسیون DNA نشان می دهند که نواحی تنظیمی ژن Oct4 تاحدی و نواحی تقویت کننده/پروموتر ژن های Sox2 و NANOG کاملا دمتیله شده اند. همچنین پروفایل وضعیت متیلاسیون DNA در کل ژنوم نشان می دهد که ژن تلومراز hTERT نیز تاحدی دمتیله شده است. علاوه براین، هیچ کدام از این فاکتورهای پرتوانی، علائم سرکوب و مهار در هیستون ها را نشان نمی دهند. به طور قابل توجهی، در ژن Sox2 علائم دوگانه ای در هیستون ها دیده می شود به اینصورت که هیستون H3 در موقعیت لیزین 7 دی متیله و در لیزین 27 تری متیله شده است. این نوع الگوی متیله شدن معمولا در ژن هایی که همواره بیان می شوند و از روی آنها نسخه برداری صورت می گیرد، دیده می شود. به دنبال آن، بیان بالای Oct4 در USSC نیز باعث القای سریع در بیان ژن Sox2 که از ژن های هدف شناخته شده برای Oct4 می باشد، می گردد.  این اطلاعات پیشنهاد می کنند که مهار ناقص اپی ژنتیکی و وضعیت اپی ژنتیک ثابت ژن های مسئول پرتوانی، USSC را قادر به تمایز به رده های مختلف سلولی و برنامه ریزی های مجدد می کنند.

.