人體細(xì)胞需要精確的了解其周圍的環(huán)境，來自一個(gè)方向的信號(hào)也許會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞作出針對(duì)其它方向信號(hào)完全不同的應(yīng)答。然而不幸的是，對(duì)于研究人員來說，這些關(guān)鍵的方向線索在他們將細(xì)胞從天然環(huán)境中取出，放到營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生長(zhǎng)因子的人工培養(yǎng)基里的時(shí)候，就已經(jīng)丟失了。

來自美國(guó)斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院和霍華德休斯醫(yī)學(xué)院的研究人員近期研發(fā)出了一種新方法，能模擬正常細(xì)胞空間環(huán)境的信號(hào)傳導(dǎo)。

利用這種方法，研究人員發(fā)現(xiàn)在人類胚胎干細(xì)胞細(xì)胞膜上有一種“現(xiàn)在進(jìn)行分裂”信號(hào)，這種信號(hào)的位置能調(diào)控細(xì)胞平面分裂開始的位置。而且這也決定了兩個(gè)子細(xì)胞中哪一個(gè)將保持干細(xì)胞特性，用于替換或修復(fù)受損組織。

這項(xiàng)研究提出了一種前所未有的，實(shí)時(shí)觀測(cè)的方法，能解析了一個(gè)單干細(xì)胞在決定何時(shí)和如何進(jìn)行分裂，以及其子細(xì)胞將會(huì)變成什么。而且這也不僅局限于干細(xì)胞。

“在機(jī)體中，每個(gè)細(xì)胞可能都是在不同方法生長(zhǎng)并分化的，”文章的通訊作者，發(fā)育生物學(xué)教授 Roeland Nusse說，“如果沒有這個(gè)指導(dǎo)，特異性細(xì)胞將會(huì)出現(xiàn)在錯(cuò)誤的地點(diǎn)。現(xiàn)在，我們可以實(shí)時(shí)研究單個(gè)哺乳動(dòng)物細(xì)胞的分化，觀察它們是如何有方向性的分裂和分化的。”

了解這種自我更新和分化的過程，對(duì)于未來切實(shí)掌握干細(xì)胞用于臨床治療至關(guān)重要。而且細(xì)胞極性，或者說是分辨頂端和低端，右邊和左邊的能力，也是了解其它許多生物學(xué)進(jìn)程的關(guān)鍵所在。比如說，頭發(fā)是朝著外部生長(zhǎng)的，而不是朝著體內(nèi)生長(zhǎng)的。

干細(xì)胞具有獨(dú)一無二的特性——既能自我更新，又能產(chǎn)生分化成各種細(xì)胞類型的祖細(xì)胞，一個(gè)單干細(xì)胞可以分裂為兩個(gè)新的干細(xì)胞，這一過程被稱為非對(duì)稱分裂，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)干細(xì)胞和一個(gè)祖細(xì)胞。原來的母細(xì)胞變成了兩個(gè)新的子細(xì)胞，這種方法能確保干細(xì)胞在發(fā)育或傷口愈合期間不會(huì)被耗盡。

不過當(dāng)這些細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)室中生長(zhǎng)的時(shí)候，情況就不同了，研究人員通常會(huì)選擇一些偏向性生長(zhǎng)條件：自我更新或分化成特殊細(xì)胞類型。這些生長(zhǎng)或分化的信號(hào)會(huì)同時(shí)影響所有的細(xì)胞，就不可能檢測(cè)出這些信號(hào)的位置如何以及是否會(huì)影響最終結(jié)果了。

這項(xiàng)研究中，研究人員檢測(cè)了一種稱為Wnt3a的蛋白，對(duì)人胚胎干細(xì)胞的影響，Wnt3a在胚胎發(fā)育與干細(xì)胞生長(zhǎng)維持方面扮演了重要角色。干細(xì)胞表面有許多Wnt蛋白的受體，而Wnt3a能促進(jìn)幾種類型的干細(xì)胞的自我更新，而不是分化。

研究人員將Wnt3a蛋白分子與一種微小的合成珠連接在一起，然后將其與胚胎干細(xì)胞一道培養(yǎng)。然后觀察隨著時(shí)間的推移，這些細(xì)胞與Wnt3a蛋白相互作用的情況。

結(jié)果顯示這種方向性信號(hào)的作用十分明確，75％的干細(xì)胞朝著十分特異的方向開始進(jìn)行了分裂，分裂面垂直于信號(hào)所在位置。研究人員還發(fā)現(xiàn)，靠近Wnt3a信號(hào)的子細(xì)胞表達(dá)的蛋白，表明其仍然具有多能性，或者說是干性，而離得遠(yuǎn)的子細(xì)胞則開始進(jìn)行分化。

研究人員推測(cè)，這種距離信號(hào)的遠(yuǎn)近引起了子細(xì)胞功能的區(qū)別。“我們發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)過程：分裂和分化是相互耦合的，”Nusse說，“當(dāng)然在現(xiàn)實(shí)生活中，細(xì)胞要同時(shí)接觸很多信號(hào)。但通過分析一種蛋白，一個(gè)細(xì)胞，我們能清楚的了解到，細(xì)胞的分裂與Wnt信號(hào)來源是對(duì)應(yīng)的，一個(gè)靠近信號(hào)的子細(xì)胞保持著多能性，而遠(yuǎn)一些的則會(huì)分化。”

下一步研究人員將在其它干細(xì)胞類型中進(jìn)行深入探訪，也將針對(duì)影響細(xì)胞極性的其它元件的突變細(xì)胞進(jìn)行分析。