干细胞中的水量,影响它的分化命运 | PNAS
2017/10/06
“干细胞中的水含量可以决定其分化命运”——来自于哈佛大学的研究团队首次发现,细胞体积可以影响干细胞的分化方向。当体积减少,干细胞多分化成骨前体细胞;当体积增加,干细胞则倾向于脂肪前体细胞。


“减少或者增加干细胞内的水分,能够改变它的命运。”

这是近期《PNAS》期刊上一篇文章的结论。来自于哈佛大学的David Weitz教授和助理教授Ming Guo带领团队发现,改变干细胞的体积会影响它的内部动力学。具体而言,去除水分会让干细胞凝结,促使其分化成坚硬的骨前体细胞;增加水分会导致干细胞膨胀,并朝着柔软的脂肪前体细胞方向分化。

当Ming Guo 博士还在哈佛大学Weitz实验室读研时就已经开始相关研究,他们试图解析细胞体积、含水量对于细胞机械性能和生理功能的重要性。

细胞体积和命运有关联

一直以来,细胞体积被认为是一个可控的特性。那么,细胞体积是否会影响它们的命运?为了寻找答案,研究人员将干细胞(维持正常体积)放置于变硬的水凝胶基质(模拟骨细胞的硬度)中培养。一周后,大量的干细胞会分化成骨前体细胞。

当以柔软的水凝胶重复上述实验,骨前体细胞数量会显著减少。但是,当释放细胞内的水分,使其体积减少20%,骨前体细胞数量会增加。

最后,研究人员将培养材料换成玻璃,以模拟一个更坚硬的环境。结果显示,只有极少的干细胞分化成脂肪前体细胞。而且,只有干细胞体积增加20%之后,它们才会“大部队”朝着脂肪的方向“前进”。

这些结果意味着,细胞体积与细胞命运有关联,它似乎决定细胞的刚度和命运。


图A:在水凝胶中培养的干细胞,在移除水后会分化成骨前体细胞(pre-bone cells);图B:在玻璃上培养的干细胞,在添加水后会分化成脂肪前体细胞(pre-fat cells)。

为基于干细胞再生医学提供了新切入点

干细胞处于再生医学的最前沿,被称为“万能种子”。基于自我更新复制、具有多向分化的独特功能,对于人类健康、疾病治疗有着巨大的潜能。此外,干细胞可以作为药物研发、毒理评估、发育生物学等多领域的模型。

现在,深入了解影响干细胞分化方向的因素有助于研究人员找到控制细胞行为的方法,并最终开发出治疗疾病的良策。“这一研究为我们理解和应用基于干细胞的再生医学提供了一个有趣的切入点。”研究团队如此认为。

参考资料:

Amount of water in stem cells can determine its fate as fat or bone

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