中科院Current Biology干細(xì)胞在微環(huán)境中動(dòng)態(tài)調(diào)控的研究
日期:2012-02-28 08:39:46
成體干細(xì)胞通過與微環(huán)境相互作用精確地控制自身的維持和分化。然而人們卻很少知道來自微環(huán)境的信號(hào)是如何動(dòng)態(tài)和差異地在干細(xì)胞及其分化子細(xì)胞中傳導(dǎo)并發(fā)揮作用,進(jìn)而導(dǎo)致干細(xì)胞的不對(duì)稱分裂。
動(dòng)物研究所陳大華實(shí)驗(yàn)室和陶毅實(shí)驗(yàn)室利用果蠅生殖干細(xì)胞作為研究對(duì)象,對(duì)發(fā)育生物學(xué)中這一基本科學(xué)問題進(jìn)行了有意義的探討并取得了重要進(jìn)展。他們發(fā)現(xiàn)促分化蛋白Fused在分化子細(xì)胞(CB)中高表達(dá)而在干細(xì)胞(GSC)中低表達(dá)。進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)Fused的表達(dá)依賴微環(huán)境中BMP信號(hào)通路的強(qiáng)度。BMP受體Tkv與Fused的相互拮抗作用產(chǎn)生了一個(gè)陡峭的BMP濃度梯度,從而決定了干細(xì)胞及其分化子細(xì)胞自我更新和分化的不同命運(yùn)。有趣的是,作者們發(fā)現(xiàn)BMP活性梯度與Fused介導(dǎo)的拮抗BMP活性梯度以雙穩(wěn)形式在分化前體細(xì)胞pre-CB業(yè)已形成,由此動(dòng)態(tài)地控制著分化主基因bam的表達(dá)水平在GSC與CB之間轉(zhuǎn)換。分子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究進(jìn)一步揭示了決定GSC命運(yùn)的反饋調(diào)控機(jī)制的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。分子生物學(xué)的證據(jù)清楚地表明在干細(xì)胞分化過程中雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的形成主要依賴于依賴外源BMP信號(hào)的強(qiáng)度。
這些結(jié)果對(duì)于理解微環(huán)境信號(hào)控制干細(xì)胞不對(duì)稱分裂及內(nèi)源BMP響應(yīng)梯度的物理機(jī)制有著重要意義,并可以對(duì)干細(xì)胞的行為進(jìn)行預(yù)測。果蠅生殖干細(xì)胞不對(duì)稱分裂的雙穩(wěn)態(tài)模型極可能推廣到多數(shù)的干細(xì)胞系統(tǒng)(包括哺乳動(dòng)物的成體干細(xì)胞),對(duì)未來相關(guān)領(lǐng)域的研究具有指導(dǎo)意義。這一工作在2月23日的Current Biology在線發(fā)表。