编者按：日前，2023年度国家科学技术奖结果公布。“中科院之声”特别推出获奖项目解读系列专题。今天介绍的是获得国家自然科学奖二等奖的项目“细胞命运稳定性与可塑性的表观遗传调控机制”，由中国科学院生物物理研究所等完成。
表观遗传指的是在不改变DNA序列的情况下，基因表达和生物性状的可继承变化。细胞命运决定包括细胞身份的维持和转换，这就涉及到表观遗传信息的继承性和可塑性，是生命科学领域的重点前沿方向。
生命的天平：人体内有约十万亿个细胞，上千种功能各异的细胞类型，但它们拥有同样的基因组。那么，为什么同样的基因组会产生上千种不同的细胞类型？为什么每一种细胞类型又能相对稳定地存在？其实，在象征细胞命运的“天平”两端，分别是细胞命运的稳定性和可塑性。
两者都与表观遗传学联系紧密，前者依赖于表观遗传信息的继承，将表观遗传信息从亲代细胞传递到子代细胞以维持细胞身份；后者则是表观遗传状态的选择性重塑，关系到细胞如何通过表观遗传调控改变基因表达以影响细胞命运。
为了更好地了解细胞命运变化，朱冰带领团队在细胞命运稳定性与可塑性的表观遗传调控机制方向上取得了一系列重要的发现。在细胞命运的稳定性研究中，组蛋白、组蛋白修饰、DNA甲基化是重要的表观遗传信息承载者。研究团队发现在细胞有丝分裂过程中，组蛋白H3-H4四聚体以全保留的方式进行分配，终结了学界长达数十年的争论。该研究在《科学》杂志作为亮点推荐文章发表后，入选了美国冷泉港出版社出版的教科书。
在细胞命运可塑性研究中，研究团队发现了对卵子起到守护功能的“卫兵”Stella。Stella是卵细胞基因组DNA甲基化水平正常建立的首个保障因子，确保了母源基因在早期胚胎中的正确表达和早期胚胎的正常发育。相关论文发表于《自然》杂志并被亮点推荐。此外，研究团队还发现，与人们通常对细胞命运的设想不同，表观遗传的传递是不精确却相对稳定的，而正是“不精确”才赋予了表观遗传信息继承的容错性和更好的稳定性。
在人类衰老的过程中，DNA甲基化随着细胞的分裂持续得到继承，但伴随着衰老过程中的持续细胞分裂，DNA甲基化在基因组上发生着选择性丢失，并对表观遗传信息状态造成不可逆影响。就像将同一张文件复印100次，文件信息会出现模糊且越来越难以辨认。这一过程也被称为衰老过程中的“甲基化时钟”。是否能够通过某种干预来减缓“甲基化时钟”的“嘀嗒声”？这正是朱冰团队目前在新方向的研究。
也许在不远的将来，衰老过程中的表观遗传退化便会出现更多创新性的干预策略。