forkhead转录因子_转录因子dna结合结构域_转录因子如何作用(3)

Sox2往往与Oct4一起调节基因的表达，例如Oct4、Sox2还参与了Fgf4表达的调节。基因敲除实验表明：Sox2是上胚层和胚外外胚层形成所必需的，这表明Sox2和Oct4共同参与指定胚胎着床时多能干细胞的命运。最近的实验结果表明，Sox2对于调节多个影响Oct4表达的转录因子是必要的，以此维持必要水平的Oct4表达并稳定胚胎干细胞的多能性状态。

Forkhead转录因子家族的一名成员，FoxD3也激活oct4表达。FoxD3是囊胚期上胚层和小鼠多能性干细胞形成所需要的。虽然FoxD3-/-囊胚也表达Oct4，但FoxD3似乎能够以序列特异性的方式激活oct4的启动子。

Oct4过表达时也会抑制自身的表达。因为Nanog，Sox2和FoxD3这些oct4表达的激活子的存在，使得像文献报道的那样使其表达水平保持在最佳水平变得很困难。显然，一个能平衡这些激活因子作用的办法，是Oct4过表达时抑制自己的启动子。另外，将来可能发现更多的抑制子来提供抑制力以维持oct4在胚胎干细胞的表达水平。

Oct4、Sox2和Nanog能够靶向调节重叠的基因。通过在人类胚胎干细胞采用全基因组定位分析的方法，Boyer等确定了三个核心转录因子Oct4、Sox2和Nanog的潜在靶标。forkhead转录因子有趣的是，他们发现，Oct4、Sox2和Nanog共同占据了这些靶标中的很大一部分，其中包括许多发育上重要的同源蛋白。基于这些大型数据分析，Boyer等提出，Oct4、Sox2和Nanog协作形成自调节和反馈循环组成的调控环路，以此推动多能性和自我更新。其他小组也试图通过类似的高通量技术方法探明这些网络，而且提出了更详细的机制。然而，将需要更详细的分析去验证所提议的机制和划定这些网络调控路径。

3. 通过转录因子重编程

阐明控制多能性的分子网络的目标之一，是恢复发育和分化期间丢失的多能性，这就需要扭转从受精卵到发育成熟个体的发育过程。直到成功克隆多利羊之前，普遍认为分化进程对较高等的哺乳动物来说是不可逆转的。克隆实验表明，体细胞可以通过未受精卵子的细胞因子重新回到全能性的合子状态。自此之后，科学家们花费了大量的时间和精力用于确定这些负责重编程的未知因子。Takahashi和Yamanaka通过候选基因的方法超越了这一障碍。通过分析在胚胎干细胞中高表达的基因，一组由24个基因组成的基因库通过逆转录病毒被转导到成纤维细胞中去进行重编程。为了提高其成功的机会，一个在胚胎干细胞特异性表达的基因——fbx15，由其驱动的选择标记通过基因打靶被转入受体细胞。令人兴奋的是，类ES样克隆在2周后出现。最终，只需4个基因：oct4、sox2、klf4和myc基因，就足以将成纤维细胞重编程成胚胎干细胞样细胞。这些胚胎干细胞样细胞，主要用来区别从胚泡分离得到的多能胚胎干细胞，后来命名为诱导多能性干细胞（iPSC）。这四个神奇的因子能够夺回分化过程中失去的多能性，通过这个过程我们建立了一个理解多能性的新模式。因为对于许多假说所驱动的研究来说iPS过程非常实用，所以重编程相关的分子机制现在可以更详细地被剖析。这个精致的iPS方法为干细胞和再生医学开辟了一个新时代。

iPS介导的体细胞重编程消除了一些治疗性克隆和使用人类卵细胞产生病人特异性的多能性细胞的伦理和技术障碍。事实上，各种病人特异的多能性干细胞的研究成果出现得越来越快。这些iPS细胞有可能成为我们了解与某一特定疾病相关机制的重要模型。但是，由于在iPS过程中利用病毒转导致癌基因，这些病人的特异性多能干细胞对于治疗是不安全的。许多实验室正在努力寻找能够在功能上取代这些含有四个重编程因子的小分子化合物。由于Oct4、Sox2、Myc和Klf4调控着具体的信号通路，因此化学小分子调节剂的组合重编程体细胞也是可以想像的。化学方法或化学iPS，最终可能会为治疗和再生医学产生可供临床使用的多能性干细胞。

4. 未来面临的机会和挑战

iPS仅仅出现了两年，便已在提高效率和应用到各种模式生物上取得了很大进展。也有一些研究主要通过高通量技术试图了解重编程过程中的机制。然而，我们对iPS为何产生仍然知之甚少。

我们应该仔细研究所有这些机理步骤，以取得重编程过程的重要信息。生物化学家们可以选择将注意力集中在iPS过程中的两个关键事件上：转录激活/抑制和表观遗传学重塑。由于Oct4、Sox2、Myc和Klf4都是已知的转录因子，其作用方式现在需要进一步的调查。举例来说，他们如何与其它辅助激活子和聚合酶II复合体协同合作来打开和关闭他们的靶标基因？现在有足够的资料说明这些蛋白质如何接触DNA并参与转录机制。根据这四个基因协同工作的要求，了解它们如何在染色质上相互协调并决定哪些基因开启和关闭显得非常重要。与研究单个启动子和转录因子不同，iPS涉及多个转录因子和整个基因组。因此，可能需要新工具来深入探讨iPS重编程中相关的转录和表观遗传学过程。forkhead转录因子

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