由多個研究機構組成的一個大型研究團隊開展全面分析，揭示了引導早期人類胚胎發育的基因開啟和關閉的機制，這一研究成果發表在一期（5月9日）的《細胞》（Cell）雜志上。來自Ludwig癌癥研究所的華人科學家任兵（Bing Ren）教授，Salk生物研究所的Joseph Ecker，以及Morgridge研究所的James Thomson為這一研究的共同。
此外，科學家們還描述了一種有可能不只在胚胎發育過程中，并且同樣在癌癥中起極其重要作用的新遺傳現象。研究人員將這一投入4年多時間開展實驗和分析獲得的研究數據公諸于眾，將顯著推動生物醫學科學的幾乎每個子領域。卵子受精后，會進行多次細胞分裂，zui終生成從巡邏免疫細胞到脈沖神經元，人體內的每一個細胞。通過選擇性地表達基因，發育胚胎中的每一代具有*功能的細胞將自身與祖細胞區分開來。Ludwig研究所成員、加州大學圣地亞哥醫學院細胞與分子遺傳系教授任兵博士說：“通過采用大規模基因組學技術，我們探討了在胚胎細胞和它們的后代譜系選擇自身命運，決定它們生成機體哪一組成部分的過程中，整個基因組的基因開啟和關閉的機制。”
細胞調控基因的其中一種機制就是DNA甲基化，在這一過程中將一個甲基基團添加堿基胞嘧啶上。而另一種機制則是對組蛋白進行*的化學修飾。一種稱作H3K27me3的沉默性修飾，就是將三個甲基基團高度特異性地添加到稱作H3的組蛋白上。“就它們的功能而言，人們通常并不認為這兩種‘表觀遺傳’修飾是極其不同的，”任兵說。當前的研究宣告了這一觀念的結束。研究人員通過對整個基因組這些修飾（即表觀基因組）進行分析，發現支配早期胚胎發育調控的主導基因，往往很大程度上是通過H3K27me3組蛋白甲基化而被關閉。同時，那些協調細胞分化后期階段的基因則主要是通過DNA甲基化沉默。
任兵說：“你可以某種程度上在這一差異中弄清楚動物發育的機理。組蛋白甲基化相對容易扭轉。但逆轉DNA甲基化則是一個非常復雜的過程，其需要更多的資源，更有可能導致潛在的有害突變。因此主要利用組蛋白甲基化來沉默發育過程中多個點所需的主導基因，而利用DNA甲基化來關閉晚期的基因是有意義的，在晚期階段細胞已經特化形成特定功能，不太可能再次需要這些基因。”研究人員還發現在發育過程中，人類基因組超過1200個區域始終沒有DNA甲基化。研究結果證實，許多被視作是發育主調控子的基因就定位在這些區域，研究人員將它們稱之為DNA甲基化山谷（DNA methylation valleys，DMVs）。此外，研究小組還發現在結腸癌細胞中這些DMVs被異常甲基化。盡管人們很早以前就知道，異常的DNA甲基化在各種癌癥中發揮重要作用，這些研究結果表明細胞的DNA甲基化機器自身發生改變，有可能是腫瘤演化的一個重要步驟。
此外，研究人員還編寫了稱作增強子的DNA序列的調控目錄。他們發現了103,000多個可能的增強子，并在6種細胞類型中繪制了它們的激活和沉默圖譜。研究人員將極有可能通過篩查多年來這一研究所生成的數據，將這一表觀遺傳現象置于生物學背景下，研究各種細胞功能和疾病。任兵說：“這些數據對于科學團體了解早期人類發育機理將極有用處。但我認為我們的主要貢獻是在于，生成了一個重要的生物醫學研究信息資源。許多復雜疾病的根源都在人類早期發育過程中。”
