Abstract :
در موجودات پر سلولي بيان افتراقي ژن از يک ژنوم مشترک يک مطالعه پايه اي در مورد اپي ژنتيک است.
در طول تمايز سلول هاي بنيادي ويژگي منحصر به فرد خود را در حفظ پر تواني سلولي و خود نوزايي براي تبديل به انواع مختلف سلول ها را پس از دريافت سيگنال هاي محيطي خاص نشان مي دهند.
اين فرايندها نمونه هايي از نقش مهم اپي ژنتيک در تعديل ميان ژن هاي مشترک و فراهم کردن ارتباط بين ژنوتيپ و فنوتيپ است.
(Crosstalk between microRNA and Epigenetic Regulation in Stem Cells- Keith Szulwach, Shuang Chang, and Peng Jin-Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2010)
تنظيمات اپي ژنتيکي مکانيسمي را پيشنهاد مي دهد که بدون اين ها در توالي نوکلئوتيدهاي ملکول هاي DNA تغييري صورت گيرد، در بيان الگوهاي ژني تغيير صورت گيرد.
(EPIGENETIC REGULATION OF PLURIPOTENCY- Eleni M. Tomazou and Alexander Meissner - 2010 Landes Bioscience and Springer Science+Business Media)
عوامل اصلي کنترل بيان ژن در طي رشد و نمو سلول ها مربوط به مکانيسم هاي اپي ژنتيکي شامل:
1- تغييرات در سطح هيستون 2- متيلاسيون DNA
3 - تنظيمات وابسته به RNAهاي غيرکد شونده 4- غير فعال شدن کروموزوم x مي باشد.
در اين مقاله، ما علاوه براينکه به توضيحات در مورد اين مکانيسم ها مي پردازيم، به چند روش مورد اشاره در زمينه برنامه ريزي مجدد اپي ژنتيک مانند:
1- انتقال هسته سلول هاي سوماتيک
2- همجوشي هسته ها يا عصاره سلول ها
3- القاي سلول هاي پرتوان به وسيله ملکولهاي مشخص مي پردازيم.
Introduction:
علم اپي ژنتيک مکانيسمي را پيشنهاد مي کند که بدون اينکه در توالي نوکلئوتيدهاي ملکول DNAتغيير صورت گيرد، در بيان الگوهاي ژني تغيير صورت گيرد.
(EPIGENETIC REGULATION OF PLURIPOTENCY- Eleni M. Tomazou and Alexander Meissner - 2010 Landes Bioscience and Springer Science+Business Media)
سلول هاي بنيادي از توده داخلي سلول هاي جنيني مشتق مي شوند. (ICM)
اين سلول ها را که از جنين موش 5/3 روزه در مرحله بلاستوسيت خارج نموده اند، در محيط کشت قرار مي دهند. اگر در محيط کشت اين سلول ها، فاکتور LIF حضور داشته باشد، توان سلول ها به طور نامحدود باقي مي ماند. اگر در محيط کشت اين سلول ها، فاکتور LIF نباشد، تمايز سلول هاي بنيادي به سمت EBsو اجسام شبه جنيني پيش رفته ( توان محدودتر شده) و3 رده سلولي اوليه ( اکتودرم، اندودرم، فرودرم) را ايجاد مي کند.
اين پروسه به 2 ويژگي خاص اشاره مي کند:
1- Self renewal: خودنوزايي بيان مي کند که Es توان نامحدودي دارند.
2- Pluripotency: پرتواني بيان مي کند که سلول ها توان خود را براي ايجاد لاين خاصي از سلول ها محدود مي کنند.
رده اي که به سلول هاي سوماتيک، و رده اي که به سلول هاي جنيني تمايز مي يابد. ( در محيط in vitro,in vivo ).
از پتانسيل اين سلول ها براي مدل سازي تکوين جنين انسان و تامين ذخيره نامحدودي از سلول هاي مشتق شده از (hES) براي درمان پيوندي يا تحقيقات دارويي و تکويني استفاده خواهد شد.
Epigenetic modification:
DNA در يوکاريوت ها درون يک کمپلکس پروتئيني به نام کروماتين قرار گرفته است. نوکلئوزوم واحد ساختماني ساختار کروماتين است.
هر نوکلئوزوم متشکل از اکتامري از پروتئين هاي هيستوني، 2 ملکول از هريک از هيستون هاي H4 , H3 , H2B , H2A است.
سپس نوکلئوزوم ها توسط H1به هم پيچيده مي شود. H1 بهصورتDNAرابط در بين نوکلئوزوم ها متصل مي شود.
ساختار کروماتين به وسيله عناصر تنظيمي و فاکتورهاي وابسته به رونويسي در نقاط خاصي، بيان ژن را تحت تاثير قرار دهند.
تغييرات هيستون ها و متيلاسيون DNA، دوتا از مهمترين فاکتورهاي موثر در ساختار کروماتين هستند.
Modulator or chromatin stracture and dynamics
ساختار و ديناميک تعديل کننده هاي کروماتيني:
فاکتورهاي وابسته به ATP تغيير دهنده ساختار کروماتين مربوط به دسته اي از هيدرولازهاي آنزيمي هستند که بين هيستون، DNA قرار مي گيرد.
اين تغييرات نوکلئوزوم را در جهت سازش و موقعيت يابي سوق مي دهد.
فاکتورهايي که باعث بالارفتن توانايي DNA در طول تنظيم ژن و ترجمه مي شود، شامل گروهي از SNF | SW1 , NuRDMi -2 | CHD , ISW 1 , INO 8 است.
هر يک از اين فاکتورها در فرايندهاي بيولوژيکي شامل تغيير در DNA تنظيم نقاط وارسي، رونوشت برداري از DNA، حفظ تلومرها، جدايي کروموزوم ها و ... نقش دارد.
Histon modifications:
تغييرات هيستوني:
پروتئين هاي هيستوني در ساختار کروماتين نقش کليدي را در نوکلئوزوم دارند.
تغييرات روي آن ها مي تواند باعث برهم خوردن آرايش کروماتين شود.
پروتئين هاي هيستوني داراي يک دم آمينوترمينال اند که به سمت خارج برآمده شده و داراي يک دُومين کربوکسيل که به شکل کروي ( Globular) در داخل نوکلئوزوم قرار گرفته است.
پروتئين هاي هيستوني به ويژه در ناحيه دم خود در معرض تغيير شکل هاي پس از ترجمه قرار مي گيرند. که در مجموع تحت عنوان تغييرات هيستوني ناميده مي شوند.
اين تغييرات شامل استيله و متيله شدن کوئيتينه شدن اسيدهاي آينه ليزين (K)، فسفريله شدن شدن سرين(S) ، ترئونين (T)، متيلاسيون آرژنين(K) مي باشد.
پيوستن اين زير مجموعه ها با هم مي تواند در فعال کردن يا سرکوب کردن ژن نقش داشته باشند.
آنچه باعث فعال کردن رونويسي و باز کردن نواحي کروماتين مي گردد شامل اسيتلاسيون H4K16 , H3K14, H3K9، مونومتيلاسيون و تري متيلاسيون H3K4و تري متيلاسيون H3K36 مي باشد.
آنچه امروزه به عنوان مکانيسم اصلي مديفيکاسيون روي ساختار کروماتين مطرح مي شود، در نواحي تغيير يافته کروماتين است.
در مبحث تاثير مديفيکاسيون ها، اصطلاحي به نام کد هيستوني مطرح مي شود.
که به معني تلفيق چند مديفيکاسيون مختلف و ارتباط متقابل آن در بروز يک عملکرد بيولوژيکي خاص است.
DNA methylation
ميتيلاسيون DNA:
مطالعه بر روي ميتيلاسيون DNA يکي از بهترين نقاطي است که در زمينه اپي ژنتيک بر روي ملکول DNA موثر است.
ميتيلاسيون DNA شامل افزوده شدن گروه ميتيل روي بازسيتوزين موجود در نواحي غني از دي نوکلئوتيد CPG در سطح ژنوم مي باشد که به جزاير CPG معروف اند.
در پستانداران الگوي ميتيلاسيون به طور پايداري توسط آنزيم DNA ميتيل ترانسفر (DNMT) حفظ مي شود.
اين آنزيم در هنگام همانند سازي در صورت ميتيله بودن رشته DNA مادري، مي تواند رشته تازه ساخته شده را ميتيله نمايد.
DNA غيرميتيله به صورت de novo و به وسيله آنزيم هاي DNMT 3b , DNMT 3aميتيله مي گردد.
ميتيلاسيون DNA نقش مستقيمي در تنظيم ساختار کروماتين ايفا مي کند.
در مراحل جنين زايي، الگوي ميتيلاسيون در سطح ژنوم پاک شده و موج ميتيلاسيون جديدي بعد از مراحل لانه گزيني شکل مي گيرد.
پس از لقاح و قبل از اولين تقسيم سلول تخم، ژنوم پدري به طور فعال ميتيله مي شود.
بعد از اولين تقسيم سلول تخم، به خاطر عدم بيان آنزيم DNMT1 دميتيلاسيون غيرفعال در ژنوم پدري و مادري رخ مي دهد.
ژنوم جنين پيش از لانه گزيني با حضور DNA ميتيل ترانسفراز و به صورت denovo، الگوي جديدي از ميتيلاسيون به خود مي گيرد. اين روند در طي لانه گزيني ادامه خواهد داشت و الگوهاي اپي ژنيتيکي متفاوتي در رده هاي سلولي مختلف شکل مي گيرد. بنابراين در راستاي عملکرد پرتواني سلول هاي بنيادي در ICM، ژنوم اين سلول ها، با الگوي ويژه اي برنامه ريزي خواهند شد.
micro RNA:
RNAهاي کوچک تنظيم گر بين 21 تا 30 نوکلئوتيد طول دارند که از جمله آن ها مي توان به micro RNA ها اشاره کرد. که داراي توالي و ترتيب خاص تنظيم کنندگي براي پس از رونويسي بر روي هزاران mRNA را دارد. در نتيجه در سلول هاي مختلف باعث ايجاد شکل هاي گوناگون مي گردد.
micro RNA در تنظيمات اپي ژنتيک در طول نروژنز از سلول هاي بنيادي حائز اهميت اند.
Adult neural Stem cell and neuregenesis
در بالغين، سلول هاي بنيادي در بسياري از بافت هاي زنده نقش بحراني را برعهده دارد. که مسئول اصلاح و تعمير در بافت هاست.
سلول هاي بنيادي عصبي چندين گروه سلولي اند که داراي نقش هايي است ه آن ها را به وسيله خود نوزايي و توليد از تمايزات سلولي به خصوص در سيستم عصب کسب کرده است.
نروژنز به فرايندي اطلاق مي شود که در طي آن از سلول هاي بنيادي عصبي سلول هاي عصبي جديد ايجاد مي شود. که شامل تکثير و تعيين سرنوشت از NSCs، مهاجرت و بقاي سلول هاي عصبي جوان و بلوغ آن ها و اجتماعي از نورون هاي بالغ جديد است.
از زمان کشف نروژنز سلول هاي بالغ، نروژست ها و زيست شناسان تکاملي به دنبال کشف مکانيسم هايي تنظيمي و عملکرد اين فرايند شدند.
عوامل خارجي که سبب خود نوزايي NSC و پرتواني مي باشد شامل، تغييرات پاتولوژي، فيزيولوژي، آندوکرين مي باشد.
اين مکانيسم هاي ملکولي منجر به کشف اپي ژنتيک NSC و ايجاد سلول هاي عصبي جديد از سلول هاي بالغ عصبي شد.
Micro RNA Function in NSCs and Neurogenesis
عملکرد Micro RNA در سلول هاي بنيادي مغز و نروژنز:
اولين بار به حضور Micro RNAها در کرم C.elegans پي برده شد. و متوجه شدند که Micro RNA از جهت اينه در يک نوع سلول و به شيوه اي خاص عمل مي کند، شناخته شده است.
micro RNAها در سطوح بالايي از سيستم عصب مرکزي بيان مي شود.
همچنين نشان داده شده که اين الگوي بيان Micro RNA به طور ديناميک و پويا در طول تمايز Escsانساني به نرون هاي اجدادي و نرون هاي بالغ دستخوش تغيير قرار مي گيرند.
يکي از مثال هاي مناسب micro RNA که تکامل سلول هاي عصبي از ES را تحت تاثير قرار مي دهد بيان بالاي RNA , mir 125 a mi در مغز است.
در اين مدل شماتيک، تنظيمات اپي ژنتيک توسط micro RNA و در تعيين سرنوشت سلول نشان داده شده است:
در زمان اتصال پروتئين هاي متصل شونده در زمان متيلاسيون (MED s) DNA و تغييرات در کمپلکس کروماتين، از رونويسي micro RNA جلوگيري شده است و نتيجه آن کاهش بيان micro RNA است. در ادامه اين نتيجه، موجب افزايش mRNA مورد نظر گرديده و رونويسي از mRNA صورت گرفته و سرنوشت سلول تعيين مي شود.
اما در زمان بيان micro RNA، سبب مي شود که مقدار بيان RNAm کاهش يافته و رونويسي صورت نگيرد. به وسيله Micro RNA مي توان به طور مستقيم بيان چند mRNA هدف را تحت تاثير قرار داد.
توانايي بالقوه در تعاملات چندگانه و اپي ژنتيکي تحت تاثير تنظيمات Micro RNA در تمايزات سلول هاي عصبي و عملکرد سلول هاي بنيادي نقش دارد.
گاه به طور همزمان يک micro RNA روي بيان چند mRNA اثر مي کند.
در نقاطي پره هاي mRNA روي micro RNA همپوشاني شده است.
(Crosstalk between microRNA and Epigenetic Regulation in Stem Cells- Keith Szulwach, Shuang Chang, and Peng Jin-Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2010)
X – inactivation and X – reactivation :
X غيرفعال و فعال شدن مجدد آن:
غيرفعال شدن کروموزوم X يکي از نشانه هاي اپي ژنتيک در تکامل پستانداران محسوب مي شود.
اين تنظيمات در سطح کروموزوم X براي تکوين مراحل اوليه جنيني در سلول هاي ژرمينال ضروري است.
زمان فعال شدن مجدد chrx در محيط (in vivo) در اواخر بلاستوسيت در اپي بلاست و در طول تکامل سلول هاي ژرمينال است.
فعال شدن مجدد chrx در سلول هاي سوماتيک بالغ يا بلاستوسيت هاي موش در سلول هاي پرتوان به وسيله فاکتورهايي صورت مي گيرد.
غيرفعال شدن chrx در سلول هاي سوماتيک يکي از برنامه ريزي هاي مجدد است.
در شکل مدلي ارائه شده که به وسيله آن ارتباط بين پرتواني سلول و ژن xist را به خوبي نشان مي دهد.
(غيرفعال شدن chrx در جنين نيازمند منطقه ي ويژه اي از chr است که مرکز غيرفعال شدن x ناميده مي شود.
بررسي ها نشان داده شده حذف اين ناحيه، غيرفعال شدن chrx به همراه دارد.
ژن xist بر روي chrx قرار داشته و مسئول اصلي پديده غيرفعال شدن کروموزوم x مي باشد. اين ژن فقط در chrx غيرفعال، روشن است.)
Nanog , Sox2 oct4 در محل Intron1 اتصال برقرار کرده، بنابراين دستور سرکوب رونويسي را صادر مي کند.
از طرفي Rex1 , c – myc , oct4 , Sox2 , KLF4 در جايگاه اينهانسر Dxpas34 و يا Xist اتصال برقرار کرده که نتيجه آن فعال شدن tsix شده و اين امر خود موجب عدم بيان xist است.
2تا از فعال کننده هاي بيان Rnf12 , gpx , xist است که براي پرتواني سلول هاي داراي سطح پاييني است.
Rnf12 سرکوب کننده هاي فعال براي فاکتورهاي پرتواني سلول در نقاط تنظيمي است.
اما هنوز به طور آشکار نقش JPX مشخص نيست.
بنابراين فاکتورهايي که باعث پرتواني سلول ها است شامل دو دستور مستقيم و غيرمستقيم سرکوب xist مي باشد.
در مرحله غيرفعال شدن chrx، فاکتورهاي پرتواني سلول ها اتصالشان از اين جايگاه قطع مي شود.
1- سرکوب ژن xist به وسيله فاکتورهاي پرتواني سلولي در ناحيه tsix , intran1 آزاد مي شود.
2- فعال شدن بيش از حد jpx , Rnf12 باعث بيان بالاي xist مي گردد.
( X-inactivation and X-reactivation: epigenetic hallmarks of mammalian reproduction and pluripotent stem cells - Bernhard Payer • Jeannie T. Lee • Satoshi H. Namekawa - Springer-Verlag 2011)
Epigenetic Reprogramming roads to pluripotency
برنامه ريزي مجدد سلول ها منابع ارزشمندي را براي ايجاد سلول ها از سلول هاي بنيادي ايجاد مي کند.
در اينجا از روش هايي که به طور معمول براي برنامه ريزي مجدد اپي ژنتيک استفاده مي کنيم اشاره مي نماييم:
تکامل جانوران با لقاح و ايجاد تخم آغاز مي شود. و به سوي اندام هاي رشد يافته پيش مي رود.
سلول ها در اول جنيني قبل از گاسترولا پرتوان هستند و پتانسيل هاي متفاوتي را نسبت به ساير سلول هاي بالغ دارند.
سلول هاي بالغ شامل سلول هاي بنيادي هستند که گنجايش آن ها بسيار محدود شده است. اين عقيده که سلول هاي بالغ نمي توانند به رده طبيعي سلول هاي بنيادي برسند به خاطر ناشناخته بودن بخشي از مراحل تکاملي بود.
با اين حال بسياري از آزمايشات پيش گامانه، براساس يک تکنولوژي به نام انتقال هسته اي ثابت کرد که هسته هاي بالغ هنوز توانايي برنامه ريزي براي تبديل به هر سرنوشتي را دارند.
Somatic cell nuclear transfer
انتقال سلول هاي سوماتيک
اين سوال که هسته سلول ها بالغ تا چه زماني totipoteut هستند، از بزرگترين سوالات مطرح شده تا آن زمان بود.
آن ها هسته سلول جنيني را به درون تخمک بدون هسته انتقال دارند و بچه قورباغه هاي طبيعي ايجاد شده و يا با انتقال هسته سلول اپيتليوم روده به درون تخمک فاقد هسته Xenopus، قورباغه هاي نر و ماده ايجاد شد.
در نتيجه اين امر به وضوح نشان داد که هسته هاي پرتوان در طول تکامل و تمايزات سلولي به طور کامل مي توانند معکوس شده باشد.
اين امر منجر به تولد گوسفند دالي شد که از طريق انتقال سلول هاي غدد پستاني گوسفند ماده به تخمک بدون هسته گوسفند و قرار دادن آن در رحم گوسفندي از نژاد اولي شد.
تولد دالي نشان داد که برنامه ريزي مجدد در سلول هاي پستانداران نيز اتفاق مي افتد.
بلافاصله پس از آن موفقيت اکتشافي حاصل از انتقال طول هاي سوماتيک در گونه هايي مثل (mouse) موش، bovine (گاو)، Pig (خوک)، Rat (موش رت) که مدل هاي تجربي مفيد در زمينه هاي مختلف بودند، صورت گرفت.
در سال 1998 گروه تامسون اولين رده سلول هاي بنيادي جنيني انسان را که مي توانست به انواع سلول ها در بدن تمايز يابد را تاسيس کرد.
سلول هاي بنيادي جنيني انسان شروع علاقه اي در کلونيک درماني شد.
هدف از توليد بلاستوسيت هاي انساني توسط انتقال سلول هاي سوماتيک هسته اي (SCNT) و در نتيجه آن ايجاد لاين سلول هاي جنيني که مي تواند به سلول هاي مورد نياز براي درمان پيوند است.
Reprogramming by cell fusion or cell extract
برنامه ريزي مجدد به وسيله الحاق سلول يا عصاره سلولي:
براي اينکه يک تخمک بدون هسته به يک نطفه بالغ تغيير کند بايد totipotent باشد.
اين نشان دهنده آن است که سيتوپلاسم يک سلول مي تواند در سرنوشت سلول ديگر اثر کند.
با اين حال از يک سلول نرمال نمي تواند به عنوان يک سلول دريافت کننده (گيرنده) استفاده کرد، زيرا اندازه آن براي دستکاري کوچک است.
الحاق سلول ها اين امکان را فراهم مي کند که عملکرد سيتوپلاسم به هر هسته ديگر اجرا گردد.
با الحاق thymocyts با ES دريافتند تعداد سلول هاي هيبريد با خصوصيات زير برنامه ريزي مجدد شدند.
1- فعال شدن chrx غير فعال در برخي thymocyte
2- بيان ژن پرتواني از ژنوم tymocyte و ايجاد بخشي از 3 لايه زاينده در محيط invivo اما اين مطالعات در زمينه برنامه ريزي مجدد کامل نبود. مثلا نشانه گذاري ژن متيلاسيون در سلول هاي سوماتيک حفظ مي شد، اما در الگوي سلول هاي ژرمينال نبود.
اين اولين مدرکي بود که الحاق سلول ها با سلول جنيني مي تواند باعث برنامه ريزي سلول هاي بالغ گردد.
از طرفي عصاره سلولي مي تواند فعاليت هاي هسته را نشان دهد.
با استفاده از عصاره سلول هاي T اوليه انسان که بر روي 293 فيبروبلاست استفاده شد.
آن ها دريافتند که T cell293 را که مي تواند عصاره را جذب کند، برنامه ريزي مجدد را به طرف سلول هاي T cell پيش برد.
برنامه ريزي مجدد به وسيله الحاق سلول ها يا عصاره سلولي کمي ملاحظات اخلاقي را بالا برده و کار با آن آسان ميد. اما برنامه ريزي سلولي توسط عصاره سلولي به درجه پاييني را از پرتواني از ES منجر مي شد. و از طرفي نيز هيبريدسل هاي برنامه ريزي شده با الحاق سلولي تتراپلوئيدي اند.
به طور معمول از اين دو روش برنامه ريزي مجدد نمي توان براي کاربردهاي کلينيکي استفاده کرد.
اما اين روش ها به وضوح نشان مي دهد که برنامه ريزي مجدد را مي توان در محيط invitro بدون القاي تخمک انجام داد.
Induced pluripteacy by defined melcules:
القاي سلول هاي پرتوان به وسيله ملکول هاي مشخص:
سلول هاي بنيادي پرتوان مي توانند به وسيله سلول هاي سوماتيک در نتيجه بيان Ectopic 4 فاکتور است:
KLF4 , C – myc, Sox2, oct4
بعد از آن گروهي ديگر از القاکننده هاي سلول هاي بنيادي به نام (IPS) شناسايي شد که توانايي انتقال به سلول هاي ژرمينال را داشت.
با اين وجود هنوز 2 مانع براي ترجمه کلينيکي از تکنولوژي سلول هاي وجود دارد:
توليد IPS داراي نگراني هاي ايمني بزرگ است.
از فاکتورهاي klf4, c-myc معروف به انکوژن هاست. در ضمن متدهاي آزاد کردن ژن به وسيله رتروويروس و يکپارچه سازي ژن هاي اگزوژنوس ممکن است موجب موتاسيون يا باآرايي گردد.
( Epigenetic reprogramming: roads to pluripotency - Wei LI1,2, Qi ZHOU- Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2010 )
Conclusion
مکانيسم هاي مختلف اپي ژنتيک و اهميت آن در کنترل بيان ژن ها به خصوص در زمان تغيير شرايط سلول همچون مراحل تکوين جنين و تمايز بيش از گذشته شناخته شده است.
شناخت بيشتر اين مکانيسم ها و نقش آن ها در بروز تغييرات ساختار و عملکردي در سطح ژنوم مي تواند اطلاعاعت قابل توجهي در خصوص الگوي ملکولي روند تمايز سلول هاي بنيادي و برقراري شرايط تمايز هدفمند سلولي فراهم آورد.
نقش مکانيسم هاي اپي ژنتيک در اين تمايزات کاملا بديهي و اميد است به توان از آن در جهت درمان بيماري ها مورد استفاده قرار گيرد.
بررسي هاي اپي ژنتيک سلول بنيادي و سلول هاي تمايز يافته پيش ساز، نشان داده است که رابطه پايداري بين مکانيسم هاي اپي ژنتيک و ماهيت قابل توارث بودن آن ها وجود دارد.
شاخص هاي اپي ژنتيکي باوجود قابل توارث بودن و پايداري، ماهيت کاملا ديناميک و قابل برگشتي داشته و بواسطه عوامل تغيير دهنده ساختار کروماتين تنظيم مي شود.
بررسي ها نشان مي دهد که علاوه بر ژن هاي خانگي گروه ديگري از ژن ها که مسئول پرتواني و خودنوزايي سلول هاي بنيادي هستند تقريبا در اين سلول ها بيان دائمي دارند. طي تمايز سلولي، زن هاي مسئول بنيادينگي (که شامل ژن هاي اختصاصي براي سلول هاي بنيادي اند) خاموش خواهند شد و بيان فاکتورهاي رونويسي اختصاصي ديگر باعث ظهور دودمان جديدي از ژن هاي اختصاصي در جهت ايجاد سلول جديد مي شود. اين فعاليت سلسله مراتب به عنوان مدل فعاليت سلسله مراتبي HA، مطرح مي شود که با تغيير شبکه هاي رونويسي در طول تمايز و نمو سلولي صورت مي گيرد. در مدل دوم تصوير براين است که اگرچه ژن هاي اختصاصي بافتي در سلول هاي بنيادي جنين بيان نمي شوند، اما اين ژن ها به طور اپي ژنتيکي براي بيان در مراحل بعدي نشانه دار شده اند. مطابق اين مدل شکل گيري کروماتين فعال در سلول هاي بنيادي جنيني بوفوررخ مي دهد. اما اين نواحي نشانه گذاري شده لزوما فعاليت ضروري را به عهده نداشته و صرفا به عنوان عوامل پيش برنده محسوب مي شوند. انتخاب اين نواحي ژنومي بوسيله ارتباط فاکتورهايي با ويژگي اتصال به توالي هاي خاص صورت مي گيرد. اين برهمکنش باعث فراخوان عوامل تغيير دهنده ديگري مي شود که نهايتا منجر به بيان ژن هاي اختصاصي دودمان هاي مختلف مي گردد. مدل نشانگرهاي مستعد به رونويسي در مراحل اوليه (ETCM) براساس شواهدي مطرح شده است که نشان مي دهد اگرچه بسياري از ژن هاي مربوط به دودمان هاي خاص در سلول هاي بنيادي جنيني غيرفعالند، وليکن کروماتين اين ژن ها براي بيان در مراحل بعدي نشانه گذاري شده اند. مدل سوم تحت عنوان پراکندگي يا آشفتگي رونويسي (PT) نام گذاري مي شود. در اين ديدگاه سلول هاي بنيادي جنيني يک مجموعه اي از ژن هاي مختص به خود را بوسيله فاکتورهاي ويژه اي رونويسي مي کنند. اما برخلاف تاکيد مدل HA، بقيه ژنوم بطور کامل خاموش نبوده و بيشتر نواحي آن در سطح پاييني بيان مي شوند. در سلول هاي تمايز يافته به طور هم زمان و گسترده از بيان ژن هاي مرتبط با بنيادينگي کاسته شده و دسته ديگري از ژن هاي اختصاصي مسئول تمايز و حفظ آن شروع به رونويسي مي کنند.
کشت سلول هاي بنيادي در محيط آزمايشگاه و تشکيل جسم شبه جنيني، تقليدي از مراحل اوليه نمو جنيني است. اجسام شبه جنيني تحت شرايط محيط کشتي مناسب مي توانند به چندين رده سلولي تمايز يابند. بررسي ها بيشتر روي مراکز تنظيمي رونويسي در سلول هاي بنيادي جنيني، سه فاکتور رونويسي OCT-4 , SOX2 , NANOG را بعنوان عوامل اصلي تاثيرگذار برروي پروموتر اين ژن ها معرفي مي نمايد. از آنجائيکه بيش از اين ژن ها غيرفعال هستند بنابراين فاکتورهاي رونويسي فوق در هر دو فرايند فعال و غير فعال کردن ژن ها موثرند.
تاکنون مدل هاي مختلفي از چگونگي تنظيم اپي ژنتيکي بيان مارکرهاي سلولي، به خصوص در سلول هاي بنيادي مطرح شده است اما هيچکدام از آن ها قادر به توجيه همه ابعاد اين فرايند نيستند. بنابراين دستيابي به مکانيسم هاي پيچيده سلولي، نيازمند تحقيقات بيشتر دانشمندان بوده و حقيقت در آينده پنهان است
