受精卵被認為具有充分的發育潛力，能夠產生胚胎妊娠所需的所有細胞類型，包括發育中的胚胎及其胚外組織。 胎盤哺乳動物，胚胎外組織例如胎盤和卵黃囊的獨特特征對于胎兒和母親之間的營養物和廢物交換是至關重要的。

相比之下，大多數胚胎和誘導多能干細胞在其發育潛力更受限制，它們能夠形成胚胎細胞類型，但不是胚胎外組織。 受精卵產生胚胎和胚外組織的能力被稱為“全能性”，即僅在胚胎發育的*早階段期間看到的*終干細胞狀態。

“研究胚胎發育極大地受益于胚胎干細胞的培養系統，*近，誘導多能干細胞這些實驗系統允許科學家解剖指定胚胎發育中決定細胞命運的關鍵分子途徑，”團隊負責人，加州大學伯克利分子和細胞生物學副教授 Lin He 說， “但是，由于材料有限和缺乏細胞培養實驗系統，受精卵的獨特發育潛力非常難以研究。”

這項新研究不僅揭示了調節“全能性”干細胞狀態的新機制，而且還提供了強大的細胞培養系統以進一步研究全能性。

miRNA 和干細胞

從三天半的小鼠胚胎或五天半的人胚胎收集的胚胎干細胞（ES）被稱為多能干細胞，因為它們可以成為體內的上千種細胞類型。 它們在過去幾十年里使科學家產生興奮，因為科學家們可以在實驗室中研究它們，以發現控制胚胎和胎兒中特化組織發育的遺傳開關，并且還因為它們有可能替代已經分解的身體組織，例如在具有充血性心力衰竭的那些心肌細胞或糖尿病患者中的那些胰腺細胞。 這些干細胞也可以讓研究人員研究遺傳疾病的早期階段。

作為從胚胎收獲 ES 的替代方案，科學家還可以通過用轉錄因子雞尾酒處理成熟的體細胞，使它們退化，使它們幾乎和胚胎干細胞一樣柔韌，從而獲得多能干細胞。 這些人工衍生的干細胞稱為誘導多能干（iPS）細胞。

然而，ES 和 iPS 細胞都不像原始受精卵那樣靈活，因為受精卵可以形成胚外和胚胎組織。 到從小鼠或人胚胎收獲胚胎干細胞時，細胞已經致力于胚胎或胚外譜系。

miRNA 是一種小的，非編碼 RNA，其不翻譯成蛋白質，但對基因表達調節具有深遠的影響。Lin He 和同事發現，稱為 miR-34a 的 miRNA 似乎是制止 ES 和 iPS 細胞產生胚外組織的關鍵。 當這種 microRNA 被刪除，ES 和 iPS 細胞能夠擴大其發展決定生成胚胎細胞類型以及胎盤和卵黃囊細胞。 在他們的實驗中，約 20% 的缺乏 miRNA 的胚胎干細胞表現出擴大的命運潛力。 此外，這種效應可以在細胞培養中保持長達一個月。

通過 MuERV- L 誘導，圖示（紅色）miR-34a 缺陷胚胎干細胞培養物富集具有擴增發育潛力的細胞。 這些細胞不同于由 Oct4 染色（綠色）顯示的經典胚胎干細胞。 MuERV- L 是在非常早期胚胎中激活的鼠內源性逆轉錄病毒家族。

“令人驚訝的是，只操縱一個單一的 microRNA 能夠大大擴展胚胎干細胞的細胞命運，”Lin He 說。“這一發現不僅確定了調節全能干細胞的新機制，而且揭示了非編碼 RNA 在干細胞命運中的重要性。“

此外，在這項研究中，研究小組發現了 miR-34a 和一類特定的小鼠反轉錄轉座子之間的意想不到的聯系。 反復轉座子被長期視為“垃圾 DNA”，是構成哺乳動物基因組大部分的古代外來 DNA 片段。 幾十年來，生物學家認為這些反轉錄轉座子在正常發育期間沒有任何作用，但他的發現表明，它們可能與早期胚胎的決策密切相關。