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信号引导早期干细胞形成

2019年03月28日 栏目:旅游

研究人员通过追踪发生在老鼠毛囊形成过程中的细胞分裂来确定干细胞出现的位置。上图显示了毛囊不同的发展阶段。来源:洛克菲勒大学Robin Che

研究人员通过追踪发生在老鼠毛囊形成过程中的细胞分裂来确定干细胞出现的位置。上图显示了毛囊不同的发展阶段。来源:洛克菲勒大学Robin Chemers Neustein哺乳动物细胞生物学实验室/细胞

干细胞在我们的生命活动中就像一个杂活工,负责修复受损组织并更新正常身体组织,例如皮肤的生长与脱落。科学家逐渐了解干细胞在成体身上所起的作用,但是对于这些干细胞在胚胎发育中的来源所知甚少。

现在,洛克菲勒大学的研究人员已经发现了一种新的机制,这种机制使细胞在胚胎发育过程中成为干细胞。这项研究发表在1月14日的《细胞》杂志上,它解释了细胞之间的通信如何介导这一进程,并可能对皮肤癌的治疗产生积极影响。

“虽然成体干细胞的表征越来越多,但是我们仍对它的起源知之甚少。在这项研究中,我们发现一旦单层胚胎表皮的细胞开始向下分裂形成胚胎的头芽,

信号引导早期干细胞形成

皮肤中的毛囊中的原始干细胞就会特化。”Robin Chemers Neustein哺乳动物细胞生物学实验室的Elaine Fuchs解释道。“这个时期比我们预想的要早一些,也使我们对研究这些特别的细胞建立了新的视角。”

先有干细胞,还是先有干细胞龛?

干细胞群从周围的细胞中得到信号,来决定是继续分裂成干细胞还是分化成别的特定细胞类型。这些有引导作用的细胞群称为“龛(niche)”,用来维持成体干细胞的数量。而不能理解的是干细胞龛的形成,或者干细胞何时何地在胚胎发育中首次出现。

“成体干细胞如何成为干细胞和如何控制细胞数量都依赖于干细胞龛的指引。”文章的作者Tamara Ouspenskaia说,“而问题在于,是干细胞龛先出现才使其他细胞成为干细胞,还是其他的方式?比如干细胞先出现在其它地方,然后形成干细胞龛?”

在老鼠毛囊中有一个含有活跃干细胞的区域,Fuchs和她的同事们在该区域调查了发生在毛囊中的首次细胞分裂。毛囊首先是一个名为基板(placode)的芽状物,然后发展为由多种细胞共同构成的多层组织。通过标记含有基板的细胞并追踪它们的分裂后代,研究人员发现在细胞每一次分裂时,都有一个子细胞原地不动,而另一个子细胞“跑路”到组织的另一层。进一步研究表明,这个“逃亡者”终成为了干细胞。这一发现十分重要,因为这是干细胞在该过程中的首次出现,它意味着在干细胞龛形成之前就有干细胞存在。

飞出巢穴变成干细胞

细胞的特化(例如特化为肝脏细胞或者上皮细胞)取决于多种因素。比如其他细胞的分子信号可以控制特定基因开关。Fuchs和同事们观察到两个子细胞间的分子信号活动是不同的,终停止在不同的位点上,并描述信号如何决定细胞终的命运。

他们发现,逃走的子细胞前往的环境WNT信号弱,这在胚胎发育中十分重要。相比而言,另一个子细胞所处环境的WNT信号强。WNT信号值强度影响了细胞的信号对SHH即音猬因子的应答——只有那些WNT弱的部分才能应答SHH信号,并使细胞成为干细胞。

“这些细胞必须离开‘家’,它们必须离开WNT信号强的环境才能成为干细胞。”Ouspenskaia说,“我们观察到来自于强WNT环境的SHH因子对细胞的离开有重要作用。所以为了使这些逃离的细胞成为干细胞,需要从它的另一个原地不动的子细胞接受一个SHH信号,告诉它‘你是一个干细胞’。”

研究人员相信WNT和SHH信号的拮抗作用可能有助于控制胚胎发育阶段的干细胞产生数量。

“这个新发现的信号窜扰解释了为什么这两个信号对皮肤癌的发生有深远影响,为什么在癌组织繁殖的地方干细胞数量也十分巨大。”Fuchs说,她也是霍华德休斯医学研究所研究员,“现在的这项工作,为未来进行肿瘤繁殖和正常干细胞繁殖之间的临床关系的研究铺平了道路。”

翻译:曹元青 校对:丁可含

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