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Nature重要成果:监测干细胞的命运

2016/08/02 来源:生物通
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导读
由苏黎世联邦理工学院(ETH)的科学家们领导的一个国际研究小组研究了影响不同血细胞发育的因子。他们的研究显示某些分子机制并未像先前认为的那样关系密切。这一研究发现有助于增进我们对白血病和贫血等疾病的认识。研究论文发表在7月13日的《自然》(Nature)杂志上。


由苏黎世联邦理工学院(ETH)的科学家们领导的一个国际研究小组研究了影响不同血细胞发育的因子。他们的研究显示某些分子机制并未像先前认为的那样关系密切。这一研究发现有助于增进我们对白血病和贫血等疾病的认识。研究论文发表在7月13日的《自然》(Nature)杂志上。

在生物学术语中,细胞指的是生物体最小的功能实体。人体拥有大量的细胞:约10-100万亿个,这取决于个体的大小和重量。其中大多数细胞在体内执行特定功能,被称作为分化细胞。另一方面,干细胞能够不断地分裂生成更多的干细胞和分化细胞,由此源源不断地提供了分化细胞。体内的某些细胞寿命相对较短。例如,许多白细胞和血小板会在数小时到数天内死亡,而红细胞则可存活大约4个月。

干细胞再生

骨髓中的干细胞每秒可生成数百万的新血细胞。这些干细胞具有多能性,这意味着它们能够生成具有不同功能的所有类型的特化血细胞:红细胞负责运输氧气,白细胞是机体免疫反应系统的组成部分,血小板在凝血中起关键作用。但当前对于干细胞到底是如何发育为不同的细胞类型的仍然知之甚少。分化的过程,换句话说,做出生成何种类型细胞的决定,取决于许多不同的内外部因素。

苏黎世联邦理工学院生物系统科学和工程学系教授Timm Schroeder,和同事们正在研究在血细胞发育中起作用的因子。Schroeder说:“调控干细胞分化在维持血液形成正常过程中起关键作用。如果这一系统开始发生故障,可以导致贫血和白血病一类危及生命的疾病。我们因此需要更好地了解与这种调控相关的分子机制。”

在分子水平上观察

Schroeder和他的研究小组分析了干细胞分化为不同类型血细胞的过程,以及细胞核中的一些分子(转录因子)控制这一复杂过程的机制。与德国环境健康研究中心的Helmholtz Zentrum Munich合作,他们开发出了一种创新的显微镜技术观察细胞。

两个蛋白GATA1 和PU.1一直是研究人员关注的焦点。Schroeder说,它们在血细胞分化中起重要作用。“它们作为转录因子能够激活或失活有许多靶基因的复杂遗传程序。这使得它们成为了细胞命运强有力的调控因子。”

巨大的潜力

采用时差显微技术(time lapse microscopy),研究人员可随着它们的分化以前所未有的精度观察活造血干细胞,同时定量两种蛋白GATA1 和PU.1。“数十年来人们一直认为这两个转录因子对干细胞谱系决定负责。现在我们证实事实并非如此,必定有其他的机制对这些决定负责,”Schroeder教授说。现在需要集中研究其他的分子机制以了解造血干细胞极其复杂的分化过程。

白血病一类的血液病是严重的血液系统疾病。为了增进我们未来对这些疾病的认识,提出有效的治疗方法,我们需要知道血细胞的确切生成机制。现在苏黎世联邦理工学院为这类研究奠定了基石。

造血干细胞(HSCs)具有永久自我更新和逐步分化为完全成熟的血细胞谱系的能力。2016年5月,来自军事医学科学院、北京大学、中国医学科学院等机构的研究人员报告称,他们在单细胞水平下追踪了造血干细胞(HSCs)的形成。这一重要的成果发布在Nature杂志上。

HSC的生物学特性和功能调节的分子机制研究,不但具有重要的理论意义,同时具有重要的生物医学应用价值。来自杭州师范大学的研究人员证实,SIRT6通过表观遗传调控Wnt信号控制了造血干细胞稳态。这一研究发现发布在2016年4月7日的Cell Stem Cell杂志上。

根据斯托瓦斯(Stowers)医学研究所的研究人员所说,一个称作为Dlk1-Gtl2印记区域的特殊DNA位点,在保护造血干细胞中发挥了至关重要的作用,这一研究发现揭示了代谢控制在成体干细胞中的关键性作用,提供了有潜力诊断及治疗癌症的新见解。研究论文发表于2015年11月25日的Cell Stem Cell杂志上。

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