Nature新文章解析干細胞命運機制
日期：2013-05-07 08:57:08
我們的身體由萬億細胞組成，但所有的這些細胞均是由卵子和精子融合形成的單個細胞——受精卵衍生而來。受精卵中包含了發育成為人類所需的所有遺傳物質，隨著細胞分裂它將相同拷貝的信息傳遞到每個新細胞中。受精卵分化生成大量不同類型的細胞，就構成了像人類這樣的復雜生物體。
那么如果每個細胞基因完全一致，它是如何生成皮膚、血液、神經、骨骼或其他類型的細胞的呢？干細胞讀取的是相同的遺傳密碼，卻又如何會分裂為迥然不同的細胞類型？
近日來自密歇根大學的研究人員發現了，細胞能夠在干細胞分裂過程中區分看似相同的染色體拷貝的首個直接證據，指出有可能染色體拷貝上的不同信息是導致細胞類型多樣化的根源。
在新研究中，來自密歇根大學生命科學研究所Yukiko Yamashita實驗室的科學家們，揭示了干細胞能夠區分兩套相同的染色體拷貝，并在非隨機染色體分離（nonrandom chromosome segregation）過程中將它們分配到子細胞中去的機制。他們的研究在線發表在5月5日的《自然》（Nature）雜志上。
Yamashita說：“如果能夠弄清楚細胞以這種方式分裂的原因以及相關的機制，我們或許可以窺察到我們是如何從一個單細胞開始發育成為完整人體的。這是非?；A的科學認識，了解這些基本的生物學過程具有非常廣泛的意義，有可能利用于治療和藥物發現中?！?/SPAN>
在細胞分裂周期中，母細胞復制并生成兩套相同的染色體。當細胞分裂生成兩個細胞時，每個子細胞從母細胞處遺傳獲得一套染色體。在多數細胞分裂情況下，生成的子細胞與母細胞相同——例如，皮膚細胞分裂生成兩個子細胞。
但在不對稱分裂（asymmetric division）過程中，由一個細胞分裂生成的兩個子細胞并不相同，例如一個皮膚干細胞會分裂生成另一個皮膚干細胞和一個普通皮膚細胞。在這種情況下，染色體拷貝中的遺傳信息仍然相同，但細胞命運卻不同。
Yamashita實驗室利用來自果蠅睪丸的干細胞來研究了細胞分裂的過程。
“我們可以單細胞分辨率來鑒別果蠅生殖干細胞，因此它們是一種理想的模型，”Yamashita說。
干細胞成團且易于鑒別；它們分裂會生成另一個生殖干細胞和一個分化的成精原母細胞（ gonialblast），后者會最終變為精子細胞。
研究人員在果蠅干細胞分裂之時標記了每條染色體拷貝。利用這種方法，他們追蹤了X和Y染色體拷貝移動到子生殖干細胞或成精原母細胞的趨向。他們證實，細胞可以將X和Y染色體拷貝區分開來，并顯著偏倚性地將它們傳遞到子細胞中。
這是首個證據表明，細胞確實有能力區分相同的染色體拷貝，以一種受調控的方式將之分離。長期以來人們一直懷疑和猜測細胞存在這種能力，但卻從未證實。
Yamashita 說：“我們并不知道X和Y染色體拷貝非隨機分離的原因。我們認為或許有特異的表觀遺傳信息傳遞到了生殖干細胞和成精原母細胞中?！?/SPAN>
這些研究結果表明，實現這種分裂方式的X和Y染色體上的信息，在配子發生過程中已預先設定。
機體內許多其他的細胞也能夠分裂形成兩種不同的形式，尤其是在胚胎發育過程中。Yamashita接下來打算進一步探究果蠅中見到的非隨機染色體分離，是否是包括人類在內的哺乳動物所共有的一種普遍現象。
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