Cell子刊：干細(xì)胞的分子通訊網(wǎng)絡(luò)
日期：2013-07-04 09:24:45
來(lái)自新加坡A*STAR基因組研究所（GIS）和德國(guó)馬克斯普朗克分子遺傳學(xué)研究所(MPIMG)的科學(xué)家們，在人類胚胎干細(xì)胞(hESCs)中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)負(fù)責(zé)整合細(xì)胞通訊信號(hào)，維持其干細(xì)胞狀態(tài)的分子網(wǎng)絡(luò)。這項(xiàng)研究報(bào)道在6月的《分子細(xì)胞》（Molecular Cell）雜志上。
人類胚胎細(xì)胞具有一個(gè)不同尋常的特性：它們能夠形成所有的人類細(xì)胞類型。世界各地的科學(xué)家們對(duì)這些細(xì)胞開展研究，希望未來(lái)能將它們投入醫(yī)學(xué)應(yīng)用。許多的因子是干細(xì)胞維持其特殊狀態(tài)的必要條件，此外還利用了一些細(xì)胞通訊信號(hào)通路。
細(xì)胞通訊對(duì)于多細(xì)胞生物至關(guān)重要。例如，在胚胎中組織要協(xié)調(diào)發(fā)育成為任何特定的器官，細(xì)胞接受信號(hào)并做出相應(yīng)的反應(yīng)都是其必要條件。如果這些信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤，細(xì)胞會(huì)做出不同的反應(yīng)，有可能導(dǎo)致諸如癌癥等疾病。人類胚胎干細(xì)胞所利用的這些通訊信號(hào)可激起一連串的反應(yīng)（稱之為ERK信號(hào)通路），由此細(xì)胞通過(guò)激活遺傳信息來(lái)做出響應(yīng)。
科學(xué)家們通過(guò)研究細(xì)胞內(nèi)激活的遺傳信息，發(fā)現(xiàn)了人類胚胎干細(xì)胞的一個(gè)分子通訊網(wǎng)絡(luò)。他們繪制出了整個(gè)基因組的激酶-染色質(zhì)互作圖，發(fā)現(xiàn)ERK信號(hào)家族蛋白ERK2，靶向了諸如非編碼基因和組蛋白、細(xì)胞周期、代謝以及干細(xì)胞特異性基因等重要位點(diǎn)。
研究人員證實(shí)，ERK2是通過(guò)與ERK信號(hào)通路中的另一個(gè)蛋白ELK1相互作用激活了這一遺傳信息。有趣的是，研究小組發(fā)現(xiàn)，ELK1還具有第二種完全相反的功能。在ERK信號(hào)不靶向的基因組位點(diǎn)上，ELK1沉默了遺傳信息，由此將細(xì)胞維持在未分化狀態(tài)。于是作者們提出了一個(gè)整合這種雙向控制的模型。
這些研究結(jié)果特別適用于干細(xì)胞研究，但它們也有可能幫助到其他相關(guān)領(lǐng)域的研究。
論文的第一作者、新加坡A*STAR基因組研究所的Jonathan Göke博士說(shuō)：“人們知道這一ERK信號(hào)通路已有多年，但這是我們第一次看到干細(xì)胞基因組中完整的反應(yīng)譜。我們發(fā)現(xiàn)，許多的生物學(xué)過(guò)程都與這一信號(hào)通路相關(guān)，我們還發(fā)現(xiàn)了一些新的意想不到的模式，如這種ELK1雙重模式。在其他的細(xì)胞、組織或疾病中觀察這一通訊網(wǎng)絡(luò)的變化將會(huì)是非常有趣的。”
“這項(xiàng)研究一個(gè)不同尋常的特點(diǎn)就是，利用計(jì)算機(jī)方法提取出了來(lái)自實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的信息，”該研究的共同作者、MPIMG的Martin Vingron教授說(shuō)。
Ng Huck Hui教授補(bǔ)充說(shuō)：“這是一項(xiàng)重要的研究，因?yàn)樗枋隽思?xì)胞的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，并將其整合到普遍的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中。了解胚胎干細(xì)胞的生物學(xué)，是在未來(lái)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用中了解干細(xì)胞的性能和限制所邁出的第一步。”
