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新方法鉴定控制涡虫干细胞分化和自我更新的基因

录入:linle    文章来源:生物谷    点击数:    更新时间:2012-3-14

  在这张显微镜图片中,在成年涡虫经照射后,单个干细胞(cNeoblast)培养14天后产生细胞集落。cNeoblast 细胞集落含有多种类型的细胞,包括正在增殖(红色)的和正在分化(蓝色)的细胞群体。定量测量这些类型细胞的大小和比率提供一种新的强大平台来阐释涡虫中干细胞调节基因的作用。

  根据2012年3月2日发表在《细胞-干细胞》期刊上的一篇研究论文,美国白头山研究所研究员Peter Reddien和他实验室的科学家开发出一种鉴定和研究控制涡虫(Schmidtea mediterranea)干细胞行为的基因的新方法。令人吃惊的是,这些基因当中有至少一类基因在人胚胎干细胞中存在同源基因。

  涡虫是一种淡水扁虫,能够分裂繁殖。在将自己分成两半之后,涡虫利用称作cNeoblast的干细胞来再生缺失的组织和器官,大约一周内最终形成两只完整的涡虫。

  不像完全分化的肌细胞、神经细胞或者皮肤细胞,某些干细胞如cNeoblast和胚胎干细胞是多能性的并且能够变成体内几乎所有类型的细胞,因此研究人员一直希望利用这种能力再生人类受损的、生病的或者缺失的组织。

  当前存在的几个问题使得人们对干细胞的治疗性应用持悲观态度,包括如何确保让干细胞在合适位点分化为特定类型的细胞并且将这些细胞成功地整合进周围的组织而不会产生肿瘤。为了解决这些问题,研究人员需要更好地在分子水平理解干细胞如何运转,特别是在活着有机体内部环境。直到现在,相当多数的胚胎干细胞研究是在盘碟内高度人工的环境中开展的。

  因为涡虫的强大再生能力和一半以上的基因拥有人类同源基因,所以这种有机体似乎适合作为研究对象。但是,直到现在,科学家一直不能够有效地找到调节涡虫干细胞系统的基因。

  论文第一作者Dan Wagner和Reddien设计出一种更加灵巧的方法来鉴定潜在的基因调节物,然后确定这些基因是否影响干细胞的分化和自我更新。鉴定在cNeoblast中存在活性的基因之后,Wagner对涡虫进行照射,让每个涡虫中只有单个cNeoblast细胞存活。在单独存在时,每个cNeoblast能够按照确定好的分化和自我更新速度形成新的细胞集落(colony)。

  研究人员敲降(knock down,即降低表达)每个活性基因的表达,而且是每个涡虫敲除一个基因,然后观察存活的cNeoblast如何作出反应。通过将敲降后cNeoblast的分化和自我更新速度与正常时进行比较,他们能够确定每个基因的作用。因此,如果一个细胞集落的某个基因遭敲降后产生的干细胞数量比正常时更少时,研究人员就可以做出结论发生敲降的基因与分化相关联。

  “因为它是一个定量方法,所以我们现在能够精确地测定每个基因在干细胞不同功能方面所起的作用”,Wagner说,“能够测定一个集落内干细胞活性是对以前存在的较为间接方法的一次大的改善。”

  Wagner说,总共鉴定出10个基因影响着cNeoblast自我更新,两个基因在自我更新和分化中都起作用。而且这些干细胞自我更新基因中的3个特别吸引人,因为它们编码的蛋白类似于多梳抑制复合物2(Polycomb Repressive Complex 2, PRC2)中的组分,因为人们已知PRC2调节哺乳动物胚胎干细胞和其他干细胞系统的干细胞特征。

  “这项研究非常有趣,因为它提示着涡虫和哺乳动物这两者的干细胞如何运转存在相似性。比如,cNeoblast和胚胎干细胞在分子水平上如何发挥功能和维持干性(stemness)可能存在类似性”。





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