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近日，来自乔治亚理工学院和埃默里大学的研究者发现染色质的浓缩对于胚胎干细胞的成功分化是必不可少的。染色质是由组蛋白和DNA紧密压缩包装而组成的。相关研究成果刊登在了5月10日的国际著名杂志PLoS Genetics上。文章中，研究者发现缺少组蛋白H1亚型的胚胎干细胞表现出染色质浓缩能力的下降，并且这种胚胎干细胞分化能力会受到严重损伤以及诱导分化的分化基因的能力会丧失。
研究者在实验中观察到了胚胎干细胞表现出一种松弛的、开放的染色质结构，然而分化细胞却表现出了紧密的染色质结构；“这项研究首次揭示了，染色质的紧密压缩（compaction）状态不仅仅是细胞分化的结果，而是细胞进行分化所必须的。”研究者Yuhong Fan这样说。为了研究连接体组蛋白和染色质折叠对于干细胞分化产生的影响，研究者用缺少三种组蛋白亚型H1、H2、H3的胚胎干细胞进行研究，这三种组蛋白是促进染色质折叠成高紧密序列结构所必须的。研究者发现在胚胎干细胞分化的过程中组蛋白H1的表达水平会升高，缺少组蛋白H1的干细胞可以长时间不进行分化，表现出分化受损，并且不能够成功形成神经细胞的高质量信号网络。
这项研究揭开了组蛋白H1的一个新的调节功能，组蛋白H1以前我们仅仅认为它是染色体中的一个重要的结构组分。通过展示组蛋白H1在控制基因影响干细胞分化上的功能后，研究者扩大了对组蛋白H1的认识。在自发分化的过程中，大多数三倍H1敲除的胚胎干细胞仍然表现出了未分化干细胞的染色体紧密包装的状态，并且Oct4的高表达的水平被延长。Oct4是一个多潜能的基因，可以维持胚胎干细胞有自我更新的能力并且抑制诱导分化。
组蛋白H1的去除会损伤Oct4的抑制作用以及其同源的多潜能基因的功能。组蛋白H1和染色质的包装会通过促成多潜能基因的表观沉默来调节多功能干细胞的分化，H1水平的显著降低并不会影响到胚胎干细胞的自我更新，但是会影响其分化。研究者又运用了旋转的悬浮培养的方法来产生胚胎体高效的3D同质团块，胚胎体包含了来自三个层面（外胚层、中胚层、内胚层）的不同的细胞类型，可以产生机体组织和结构，然而，在悬浮培养基中，大多数H1三倍敲除的胚胎体并没有形成分化的机体结构，而且表现出了未分化细胞所表现出的基因表达水平和特征。在培养基中，H1三倍敲除的胚胎体（H1 triple-konckout）中很多发育基因的激活水平都下降了，意味着分化成为外、中、内胚层的组织受到了影响。研究者Fan表示，胚胎体同样在分化必备的潜能基因上缺少表观遗传的改变。
研究者Fan说，当向胚胎体中加入一个H1剔除的亚型组蛋白后，Oct4的正常功能被抑制，胚胎体的分化继续，H1对Oct4水平的表观调节也在小鼠胚胎模型中得到了证实。在另一项实验中，研究者提供了胚胎干细胞可以分化为神经细胞的环境，然而，三倍H1敲除的细胞在形成神经元细胞、神经胶质细胞以及构建神经网络上仍然存在功能性缺失，仅仅有10%的三倍H1敲除的胚胎干细胞可以形成神经突，而且每一个细胞平均形成8个神经突，然而每一个正常的胚胎干细胞平均可以生成18个神经突。
将来研究者计划去研究，是否控制H1组蛋白的水平可以被用于影响成体细胞的程序性重编最终获得诱导的多能性干细胞，这样，我们将能够以胚胎干细胞相似的方式去分化成为各种组织结构。