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Nature重要成果:監測干細胞的命運

日期:2016-08-01 13:08:33

 由蘇黎世聯邦理工學院(ETH)的科學家們領導的一個國際研究小組研究了影響不同血細胞發育的因子。他們的研究顯示某些分子機制并未像先前認為的那樣關系密切。這一研究發現有助于增進我們對白血病和貧血等疾病的認識。研究論文發表在713日的《自然》(Nature)雜志上。

 

在生物學術語中,細胞指的是生物體最小的功能實體。人體擁有大量的細胞:約10-100萬億個,這取決于個體的大小和重量。其中大多數細胞在體內執行特定功能,被稱作為分化細胞。另一方面,干細胞能夠不斷地分裂生成更多的干細胞和分化細胞,由此源源不斷地提供了分化細胞。體內的某些細胞壽命相對較短。例如,許多白細胞和血小板會在數小時到數天內死亡,而紅細胞則可存活大約4個月。

 

干細胞再生

 

骨髓中的干細胞每秒可生成數百萬的新血細胞。這些干細胞具有多能性,這意味著它們能夠生成具有不同功能的所有類型的特化血細胞:紅細胞負責運輸氧氣,白細胞是機體免疫反應系統的組成部分,血小板在凝血中起關鍵作用。但當前對于干細胞到底是如何發育為不同的細胞類型的仍然知之甚少。分化的過程,換句話說,做出生成何種類型細胞的決定,取決于許多不同的內外部因素。

 

蘇黎世聯邦理工學院生物系統科學和工程學系教授Timm Schroeder,和同事們正在研究在血細胞發育中起作用的因子。Schroeder說:“調控干細胞分化在維持血液形成正常過程中起關鍵作用。如果這一系統開始發生故障,可以導致貧血和白血病一類危及生命的疾病。我們因此需要更好地了解與這種調控相關的分子機制。”

 

在分子水平上觀察

 

Schroeder和他的研究小組分析了干細胞分化為不同類型血細胞的過程,以及細胞核中的一些分子(轉錄因子)控制這一復雜過程的機制。與德國環境健康研究中心的Helmholtz Zentrum Munich合作,他們開發出了一種創新的顯微鏡技術觀察細胞。

 

兩個蛋白GATA1 PU.1一直是研究人員關注的焦點。Schroeder說,它們在血細胞分化中起重要作用。“它們作為轉錄因子能夠激活或失活有許多靶基因的復雜遺傳程序。這使得它們成為了細胞命運強有力的調控因子。”

 

巨大的潛力

 

采用時差顯微技術(time lapse microscopy),研究人員可隨著它們的分化以前所未有的精度觀察活造血干細胞,同時定量兩種蛋白GATA1 PU.1。“數十年來人們一直認為這兩個轉錄因子對干細胞譜系決定負責。現在我們證實事實并非如此,必定有其他的機制對這些決定負責,”Schroeder教授說。現在需要集中研究其他的分子機制以了解造血干細胞極其復雜的分化過程。

 

白血病一類的血液病是嚴重的血液系統疾病。為了增進我們未來對這些疾病的認識,提出有效的治療方法,我們需要知道血細胞的確切生成機制。現在蘇黎世聯邦理工學院為這類研究奠定了基石。

 

造血干細胞(HSCs)具有永久自我更新和逐步分化為完全成熟的血細胞譜系的能力。20165月,來自軍事醫學科學院、北京大學、中國醫學科學院等機構的研究人員報告稱,他們在單細胞水平下追蹤了造血干細胞(HSCs)的形成。這一重要的成果發布在Nature雜志上。

 

HSC的生物學特性和功能調節的分子機制研究,不但具有重要的理論意義,同時具有重要的生物醫學應用價值。來自杭州師范大學的研究人員證實,SIRT6通過表觀遺傳調控Wnt信號控制了造血干細胞穩態。這一研究發現發布在201647日的Cell Stem Cell雜志上。

 

根據斯托瓦斯(Stowers)醫學研究所的研究人員所說,一個稱作為Dlk1-Gtl2印記區域的特殊DNA位點,在保護造血干細胞中發揮了至關重要的作用,這一研究發現揭示了代謝控制在成體干細胞中的關鍵性作用,提供了有潛力診斷及治療癌癥的新見解。研究論文發表于20151125日的Cell Stem Cell雜志上。

 


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