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Cell重要發現:干細胞聽命于其子細胞

日期:2014-05-13 09:33:46

 

有時候干細胞會打開開關分裂生成子細胞,有時候則會關閉開關維持在靜息狀態。直到現在科學家們仍未完全了解是什么引起了這些細胞在活化和靜息狀態之間切換。

 

來自洛克菲勒大學Elaine Fuchs哺乳動物細胞生物學和發育實驗室的一項新研究將焦點放在了毛囊干細胞上,確定了是什么開啟了它們。研究人員發現由這些干細胞生成的子細胞——過渡擴充細胞Transit-Amplifying CellTACs)發送了一種信號告知靜息毛囊干細胞變得活化。

 

Fuchs實驗室前博士后Ya-Chieh Hsu說:“許多類型的哺乳動物干細胞都生成TACsTACs是干細胞和其最終產物:血液、皮膚和別處完全分化的細胞之間的一種中間體。在過去,人們將TACs視作是坐等被動生成組織的一群細胞。沒有人會想到它們起著調控作用。”

 

HsuFuchs進一步確定了TACs發送出的信號。他們明確地找到了稱作為Sonic Hedgehog的一種促細胞分裂蛋白,其在大腦、眼睛和四肢的胚胎發育中發揮作用。

 

由于有潛力生成一些具有特定功能的特化細胞,干細胞在醫學應用領域具有重要的價值。干細胞生成這些分化細胞的能力對于機體的正常維持、生長及修復至關重要。許多的組織具有兩種干細胞群:一種很少分裂,稱作為靜息干細胞;另一種更易于增殖,稱作為始發態干細胞(primed stem cell)。無論它們的增殖頻率如何,人類的大多數干細胞都不會直接生成分化的子細胞;它們會生成一種中間增殖細胞群即TACs。

 

毛囊是生成毛發的一種微小器官,其形成狹窄毛囊管腔向下伸入到皮膚里。毛囊不斷地在生長、破壞和靜息狀態之間循環。當進入到生長期時,始發態干細胞群總是首先分裂并生成TACs,這些TACs在毛囊中向下聚集。始發態干細胞增殖為下一輪的毛發生長創造了條件,確保了隨時間損失的毛發能夠被替換。增殖TACs則生成了毛干,以及皮膚下毛發周圍的所有細胞,這些細胞構成了毛囊。

 

一開始,HsuFuchs懷疑TACsSonic Hedgehog在毛發再生中起作用。

 

“我們注意到,始發態干細胞群早期激活,生成了TACs,而靜息干細胞群只在TACs生成時活化。這種聯系促使我們去尋找TACs生成的信號。我們隨后證實了Sonic Hedgehog就是我們要尋找的信號,”Fuchs說。

 

在發表于58日《細胞》(Cell)雜志上的一些實驗中,Hsu通過敲除成年小鼠毛囊中的負責基因使得TACs無法生成Sonic Hedgehog蛋白。由此,毛囊干細胞和它們TACs的增殖均受到了影響。他們進一步證實靜息干細胞群增殖需要Sonic Hedgehog。

 

令人驚訝的是,當Hsu阻斷靜息干細胞響應Sonic Hedgehog的能力時,毛發生長繼續進行,但毛囊變短,每經歷一輪毛發周期,靜息和始發態干細胞群均數量減少,直至毛發完全無法再生。根據研究人員所說,這些特征與男性脫發中發生的事件極其地相似(延伸閱讀:華人學者Nature子刊發表再生醫學重要成果)。盡管這種機能紊亂的根源有可能是在Sonic Hedgehog的上游,這一研究提供了關于脫發現象的一些新見解,從長遠來看對于開發出新的療法具有重要的意義。

 

TACs是許多不同的干細胞譜系的一個階段,研究人員斷定盡管精確的機制有可能有所差異,在我們的血液和腸等其他組織中TACs有可能發揮了相似的作用。Fuchs說:“在大多數成人組織中,我們的干細胞必須能夠快速響應損傷。通過利用TACs作為變阻器,可以嚴格地調控這一過程確保生產適當數量的新組織來修復損傷。因此,不可以再將TACs視作是一種干細胞譜系的被動中間體,而是協調組織再生的一個關鍵信號中心。”

 


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