作者:Peter W. Reddien 来源:《细胞—干细胞》 发布时间:2012-3-6 16:00:21
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研究鉴别干细胞生物学调控基因
 
近日来自美国麻省理工(MIT)怀特黑德生物医学研究所Peter Reddien实验室的研究人员利用他们研发的一种新方法鉴别了涡虫干细胞中的潜在遗传调控因子,揭示出了影响干细胞两项重要功能分化与自我更新能力的基因。有趣的是,研究人员发现其中有三个基因编码的蛋白与已知在哺乳动物中参与调控胚胎干细胞的蛋白极其相似。这些干细胞生物学的新见解或将推动实现干细胞在再生医学中的应用。相关研究论文在线发表在3月2日的《细胞—干细胞》(Cell Stem Cell)杂志上。
 
MIT生物学副教授、霍华德•休斯医学研究所青年科学家Reddien说:“这是一个巨大的进步,将涡虫构建成为了可用于解析干细胞调控因子作用的体内系统。在了解干细胞生物学的宏伟计划中,我认为这是探索所有动物利用的普遍生物学原理的开始。我们现在正在这一进程的起步阶段。”
 
涡虫是一种微小的淡水扁形虫,能够通过裂变进行繁殖。在将其一分为二后,涡虫可利用一类称为cNeoblasts的干细胞再生缺失的组织和器官,最终在1周作用形成两条完整的涡虫。
 
与完全分化的肌肉、神经及皮肤细胞不同,某些干细胞例如cNeoblasts和胚胎干细胞具有多能性,能够形成机体内几乎所有的细胞类型。研究人员长期以来对利用这一能力再生人类损伤、患病或缺陷的组织充满兴趣。
 
当前存在有几个问题阻碍了干细胞的临床应用,包括使干细胞在适当的位置分化为理想的细胞类型,并将这样的细胞成功地与周围组织融合,且不引起肿瘤。为了解决这些问题,研究人员需要更好的了解干细胞在分子水平,尤其在活生物体环境内的行为。然而迄今为止,大量的胚胎干细胞研究还仅是在培养皿这种高度人为的环境中开展。
 
拥有强大的再生能力,及超过一半具有人类同源物的基因,涡虫似乎是开展这一研究的合理选择。然而直到现在,科学家们都无法高效地寻找调控涡虫干细胞系统的基因。
 
在这项新研究中,文章的第一作者、博士后研究人员Dan Wagner和Reddien设计了一种巧妙的方法鉴别了遗传调控因子,确定了这些基因对于干细胞的两项主要功能:干细胞群的分化和自我更新的影响。
 
在鉴别出cNeoblasts的活性基因后,Wagne让涡虫接受了辐射处理,使得每个涡虫仅存一个cNeoblast。研究人员发现每个cNeoblast以非常特异的分化和自我更新速率形成了新细胞克隆。
 
研究人员随后通过在每个涡虫中基因敲除一种活性基因的方法,观察了存活cNeoblasts的响应。通过与正常的cNeoblasts比较分化和干细胞自我更新速率,研究人员确定了每个基因的功能。如果敲除某种基因导致了克隆干细胞数量较少,则表明这一基因在干细胞自我更新过程中发挥作用。如果敲除某一基因导致分化细胞数量较少,则表明其与分化相关。
 
Wagner 说:“因为这是一种定量的方法,我们现在能够精确确定每种基因在干细胞功能不同方面的作用。相比于从前的方法,新方法能够更直接的用克隆来衡量干细胞的活性。”
 
通过这一方法,Wagner鉴别出了10个影响cNeoblast自我更新的基因,发现了2个在自我更新和分化中均发挥作用的基因。据Wagner所说,其中有3个干细胞自我更新基因特别有趣,因为它们编码的蛋白质与一种已知在哺乳动物胚胎干细胞和其他干细胞系统中调控干细胞生物学的重要因子多梳抑制复合体2(PRC2)的元件非常相似。
 
“这非常的有趣,因为它表明了涡虫和哺乳动物中的干细胞作用机制存在着类似性。这表明有可能涡虫的cNeoblasts和哺乳动物干细胞在功能,以及在分子水平上维持干性(stemness)上也具有相似性,”Wagner说。(来源:生物通 何嫱)
 
 
 
 
 
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