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Cell子刊:干細胞的分子通訊網(wǎng)絡

日期:2013-07-04 09:24:45

來自新加坡A*STAR基因組研究所(GIS)和德國馬克斯普朗克分子遺傳學研究所(MPIMG)的科學家們,在人類胚胎干細胞(hESCs)中發(fā)現(xiàn)了一個負責整合細胞通訊信號,維持其干細胞狀態(tài)的分子網(wǎng)絡。這項研究報道在6月的《分子細胞》(Molecular Cell)雜志上。

 

人類胚胎細胞具有一個不同尋常的特性:它們能夠形成所有的人類細胞類型。世界各地的科學家們對這些細胞開展研究,希望未來能將它們投入醫(yī)學應用。許多的因子是干細胞維持其特殊狀態(tài)的必要條件,此外還利用了一些細胞通訊信號通路。

 

細胞通訊對于多細胞生物至關重要。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,細胞接受信號并做出相應的反應都是其必要條件。如果這些信號發(fā)生錯誤,細胞會做出不同的反應,有可能導致諸如癌癥等疾病。人類胚胎干細胞所利用的這些通訊信號可激起一連串的反應(稱之為ERK信號通路),由此細胞通過激活遺傳信息來做出響應。

 

科學家們通過研究細胞內(nèi)激活的遺傳信息,發(fā)現(xiàn)了人類胚胎干細胞的一個分子通訊網(wǎng)絡。他們繪制出了整個基因組的激酶-染色質(zhì)互作圖,發(fā)現(xiàn)ERK信號家族蛋白ERK2,靶向了諸如非編碼基因和組蛋白、細胞周期、代謝以及干細胞特異性基因等重要位點。

 

研究人員證實,ERK2是通過與ERK信號通路中的另一個蛋白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信號不靶向的基因組位點上,ELK1沉默了遺傳信息,由此將細胞維持在未分化狀態(tài)。于是作者們提出了一個整合這種雙向控制的模型。

 

這些研究結果特別適用于干細胞研究,但它們也有可能幫助到其他相關領域的研究。

 

論文的第一作者、新加坡A*STAR基因組研究所的Jonathan Göke博士說:“人們知道這一ERK信號通路已有多年,但這是我們第一次看到干細胞基因組中完整的反應譜。我們發(fā)現(xiàn),許多的生物學過程都與這一信號通路相關,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。在其他的細胞、組織或疾病中觀察這一通訊網(wǎng)絡的變化將會是非常有趣的。”

 

“這項研究一個不同尋常的特點就是,利用計算機方法提取出了來自實驗數(shù)據(jù)的信息,”該研究的共同作者、MPIMGMartin Vingron教授說。

 

Ng Huck Hui教授補充說:“這是一項重要的研究,因為它描述了細胞的信號網(wǎng)絡,并將其整合到普遍的調(diào)控網(wǎng)絡中。了解胚胎干細胞的生物學,是在未來的醫(yī)學應用中了解干細胞的性能和限制所邁出的第一步。”

 


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