Cell揭開干細胞分化謎團

日期：2016-03-28 13:44:31

神經元是如何變成神經元的？它們都是起源于未分化的、有潛力變為體內所有細胞的干細胞。

然而，直到現在關于這一切究竟是如何發生的仍是一個科學謎團。由加州大學加州大學圣巴巴拉分校的神經科學家們完成的一項新研究，闡明了在干細胞轉化為神經元和其他細胞類型之前發生的一些最早期的變化。

利用培養皿中的人類胚胎干細胞開展研究，博士后研究人員Jiwon Jang發現了一條在細胞分化中起關鍵作用的新信號通路。這些研究結果發布在3月24日的《細胞》（Cell）雜志上。

論文的資深作者、加州大學加州大學圣巴巴拉分校分子、細胞與發育生物學系神經科學研究教授Kenneth S. Kosik說：“Jiwon的研究發現非常的重要，因為它讓我們對干細胞運作的方式，以及它們開始經歷分化的方式有了一個基本的認識。這是在這一領域一直缺失的、非常基本的知識。”

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當干細胞開始分化時，它們會形成前體細胞：神經外胚層（有潛力變為諸如神經元一類的腦細胞）；或中內胚層。

沿著他和Kosik標記的PAN（初級腺毛-自噬- Nrf2）軸，Jang發現了一些步驟。這一新發現的信號通路似乎決定了干細胞的最終形式。

Jang說：“這一PAN軸是細胞命運決定中非常重要的參與者。G1期延長誘導了纖毛突出物，這些細胞觸角暴露的時間越長，它們就能夠接收越多的信號。”

一段時間以來，科學家們已經知道細胞周期四個階段的第一個階段是G1期，但他們不清楚G1期在干細胞分化中的作用，Jang的研究證實在注定成為神經元的干細胞中，G1期延長會觸動其他的活動導致干細胞變成神經外胚層。

在這一延長的G1期內，細胞形成了原纖毛——能夠感知環境的觸角樣突出物。這種纖毛在一個叫做自噬的過程中激活了細胞的垃圾處理系統。

另一個重要的因子是Nrf2，它負責監測細胞自由基一類的危險分子——這是對健康細胞形成尤其重要的工作。

Kosik 說：“Nrf2就像細胞的監護人，確保了細胞正常發揮功能。在干細胞中Nrf2的水平非常高，因為干細胞代表了未來。沒有Nrf2密切注意基因組的完整性，未來的后代細胞會陷入麻煩。”

Jang的研究表明，在延長的G1期內Nrf2水平開始下降。Kosik指出這具有重要意義，因為Nrf2通常要到細胞已開始啟動分化時才會下降。

“我們認為，在相同的條件下，完全相同的細胞將會以同樣的方式分化，但我們發現的情況卻并非如此。G1期延長拉長了纖毛暴露于環境信號下的時間，控制了細胞命運。這是一個很酷的觀點。”

不久前，來自清華大學、中科院動物研究所的研究人員揭示，在多能細胞中Divergent lncRNAs調控了基因表達和譜系分化。這一重要的研究發現發布在2016年3月17日的Cell Stem Cell雜志上。

來自哥本哈根大學的科學家們發現了一種機制，可以解釋干細胞是如何選擇變為特定的細胞類型的：這些細胞在沿著DNA的精確位點上組合了數組特定的蛋白質。當這幾組特定的蛋白質組合到一起時，大門被打開，幾組特定的基因由此獲得利用，賦予了細胞新身份。這項研究工作發布在2015年4月的Cell Stem Cell雜志上。

人們通常認為成體神經干細胞具有發育為多種類型腦細胞的能力，然而根據加州大學舊金山分校研究人員領導的一項新研究，事實上在出生前這些細胞就被預先編程來生成非常特異的神經元類型，至少在小鼠體內是如此。這項研究發表在2015年6月的Cell雜志上。