在人體胚胎發育（embryogenesis）過程中，心臟為第一個發育的器官。心臟發育的形態和分子機制已經被科學家詳細研究，這些研究包含參與心肌細胞（cardiac myocytes）特化（specification）與分化（differentiation）的訊息傳遞與轉錄因子（transcription factor）網絡，而在心肌細胞轉換的過程中，有許多基因表現也發生改變。反過來説，表觀遺傳（epigenetic）能調控心肌細胞基因表現，包含 CpG 甲基化（CpG methylation，mCpG）和組蛋白（histone）修飾。然而，在胎兒心肌細胞成熟到成人心肌細胞以及導致末期心臟衰竭等心臟疾病的過程中，表觀遺傳所扮演的角色和調控機制仍然不清楚。
近日，由佛萊堡大學（Toxicology at the University）臨床與實驗性藥理學與毒理學研究所 Ralf Gilsbach 博士和 Lutz Hein 博士所率領的研究團隊指出，他們定序出人類從產前發育、產後成熟到衰竭時的心肌細胞的表觀基因體（epigenome），並指出表觀遺傳調控心肌細胞於胎兒到死亡時的基因表現的機制，此研究刊登於《自然通訊》（Nature Communications）期刊。
該研究團隊為使用全基因體重亞硫酸鹽定序法（whole-genome bisulfite sequencing， WGBS）、5-烴甲基-胞嘧啶定序法（5-hydroxymethyl-cytosine sequencing，5hmC-seq）、染色體免疫沉澱定序法（chromatin immunoprecipitation sequencing，ChIP-seq）和 RNA 定序（RNA-seq），定序出人類心肌細胞發育、成熟到產生疾病的完整基因體，包含 DNA、表觀遺傳標記、RNA 等。他們接續分析超過一萬億個定序訊息，發現了 10 萬個以上的基因開關（switches），能影響心肌細胞的基因表現。目前，該研究團隊整理這些數據，進而建立一個完整的心肌細胞生老病死的基因調控圖譜（atlas）。
該研究團隊指出，胎兒發育和產後成熟時，CpG 甲基化與組蛋白標記（markers）上的順式調控區（cis-regulatory）及基因區，會共同調控心肌細胞的轉錄體（transcriptome）。相反地，末期心臟衰竭時，組蛋白標記會被活化進而改變心肌細胞的基因表現，而 CpG 甲基化和抑制性染色體標記的表現卻沒有發生變化。值得注意的是，在心肌細胞中的順式調控區中，有相當多的心血管疾病相關的基因變異。
該研究團隊最後指出，他們期望將來能從此表觀遺傳圖譜中，找出調控心肌細胞最重要的機制，將而找出治療心臟疾病的方法。
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1. Gilsbach R, et al. Nat Commun. 2018 Jan 26;9(1):391.
2. https://www.sciencedaily.com/releases/2018/01/180129094152.htm
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