深入觀察我們的細胞，你會發現每個細胞都有一個完全相同的基因組——一套完整的基因，但是如果每個藍圖都是相同的，為什么眼睛細胞的外觀和行為與皮膚細胞或腦細胞不同呢？

干細胞——我們器官和組織細胞的原材料——怎么知道會變成什么樣？

在7月8日發表的一項研究中，科羅拉多大學博爾德分校的研究人員離回答這個基本問題又近了一步，他們得出結論，分子信使RNA（核糖核酸）在細胞分化中起著不可或缺的作用，在我們的基因和所謂的“表觀遺傳”機制之間起著橋梁的作用。

研究人員在《Nature Genetics》雜志上發表報告稱，當這座橋缺失或有缺陷時，干細胞在成為心臟細胞的道路上永遠不會學會如何跳動。

雖然這項研究還很年輕，但它最終可能會為新的RNA靶向療法的發展提供信息。
“并非所有的基因都在所有細胞中一直表達。相反，每一種組織類型都有自己的表觀遺傳程序，它決定了哪些基因在任何時候被打開或關閉。我們非常詳細地確定了RNA是這種表觀遺傳沉默的主要調節器，并且在沒有RNA的情況下，這個系統無法工作。這對生命至關重要，”本文共同通訊作者Thomas Cech說。

2006年，這篇新論文的共同通訊作者，John Rinn，現在是博爾德大學的生物化學教授，他首次提出RNA可能是關鍵。

在《Cell》雜志出版的一篇里程碑式的論文中，Rinn指出，在細胞核內，RNA附著在一個折疊的蛋白質簇上，這種蛋白質被認為可以調節基因的表達。許多其他的研究也發現了同樣的現象，并補充說不同的RNA也與不同的蛋白質復合物結合。

一個備受爭議的問題：這對決定細胞的命運真的很重要嗎？

自那以后，已經發表了不少于502篇論文。有些人認為RNA是表觀遺傳學的關鍵；另一些人則認為其作用充其量是無關緊要的。

因此，2015年，Cech實驗室的生物化學家和博士后研究員Yicheng Long開始使用最新可用的工具再次提出這個問題。在生物前沿研究所（BioFrontiers Institute）的休息室Yicheng Long偶然碰見了Rinn實驗室的計算生物學家Taeyoung Hwang。

“我們利用數據科學的方法和高性能的計算來理解分子模式，并以一種新穎的、定量的方式評估RNA的作用，”Hwang說，他和Long是這篇新論文的共同第一作者。

在實驗室里，研究小組隨后用一種簡單的酶來去除細胞中的所有RNA，以了解表觀遺傳機制是否仍能通過DNA使基因沉默。答案是“不能”

“RNA似乎扮演著空中交通管制員的角色，引導蛋白質復合物到達DNA上的正確位置，降落并使基因沉默，”Long說。

第三步，他們利用基因編輯技術CRISPR培育出一系列注定要成為人類心肌細胞的干細胞，但其中的蛋白復合物PRC2不能與RNA結合。從本質上講，就好像飛機無法與空中交通管制系統連接，迷失了方向，整個過程崩潰了。

到第7天，正常的干細胞已經開始看起來和行為像心臟細胞。但是突變細胞沒有跳動。值得注意的是，當PRC2恢復正常后，它們的行為開始更加正常。

“我們現在可以明確地說，RNA在細胞分化過程中起著關鍵作用，”Long說。

先前的研究已經表明，人類的基因突變會破壞RNA與這些蛋白質的結合能力，從而增加患某些癌癥和胎兒心臟異常的風險。最終，研究人員設想有一天，RNA靶向療法可以用來解決這些問題。

“這些發現將開創一個新的科學階段，展示表觀遺傳學和RNA生物學之間不可分割的聯系，”Rinn說。“它們對今后理解和處理人類疾病具有廣泛的意義。”