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Nature:揭蛋白质间的分子竞争可驱动成体干细胞特异性分化

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  5. 竞争
  6. 蛋白质

来源:生物谷 2014-08-11 14:56

近日,刊登在国际杂志Nature上的一篇研究论文中,来自美国密苏里州斯托瓦斯医学研究所(Stowers Institute for Medical Research)的科学家通过研究报道了两种蛋白:Bam和COP9之间的竞争作用或许可以平衡果蝇机体卵巢生殖干细胞(GSC)的自我更新和分化功能。

2014年8月11日 讯 /生物谷BIOON/ --成年机体,不论是果蝇还是人类的机体中都包含有许多成体干细胞,当这些成体干细胞中的一部分分化为机体所需的特殊细胞时,其他的成体干细胞则会通过细胞分裂来自我更新;理解控制成体干细胞自我更新和特殊分化的分子机制,对于开发靶疗法来治疗疾病、组织损伤等症状非常重要。

近日,刊登在国际杂志Nature上的一篇研究论文中,来自美国密苏里州斯托瓦斯医学研究所(Stowers Institute for Medical Research)的科学家通过研究报道了两种蛋白:Bam和COP9之间的竞争作用或许可以平衡果蝇机体卵巢生殖干细胞(GSC)的自我更新和分化功能。

研究者Ting Xie博士表示,Bam是雌性果蝇GSC系统的主要分化因子,为了实现从自我更新到特殊分化的开关控制,Bam必须使得自我更新因子的功能失活,与此同时还必须激活分化因子的功能;Bam是由一种名为bag-of-marbles的基因编码的,该基因在分化细胞中可以高水平表达,而在果蝇的GSC细胞中却处于较低水平。

Bam靶向作用的一个自我更新因子就是COP9信号小体(CSN),CSN是一种保守具有多功能的复合体,其包括从CSN1到CSN8 8种亚单位;这项研究中,研究者发现CSN4是这8个亚单位中唯一一个参与雌性果蝇GSC分化调节的一个亚单位,研究者Xie说道,CSN4和其它CSN蛋白具有相反效应的一种可能性解释就是Bam隔离CSN4可以使得其它CSN蛋白具有分化促进的功能。

作为一种强大的成体干细胞研究系统,雌性果蝇的GSCs就可以帮助研究者们揭示许多新型的调节特性;本文中研究者希望鉴别出在CSN4的帮助下COP9如何促进GSC的自我更新,而在没有CSN4下GSC又如何增强成体干细胞的分化。

目前研究者已经揭示了Bam可以使得另外一种GSC自我更新的促进子失活,即真核生物起始因子4A(elF-4A),该起始因子在基因表达过程中扮演着重要角色;Xie指出,其它实验室研究发现Bam同样可以抑制一种名为Nanos的蛋白的表达,而该蛋白和COP9类似,因此蛋白质Nanos对于雌性果蝇GSCs的建立和自我更新的维持非常重要。(生物谷Bioon.com)

Protein competition switches the function of COP9 from self-renewal to differentiation

Lei Pan, Su Wang, Tinglin Lu, Changjiang Weng, Xiaoqing Song, Joseph K. Park, Jin Sun, Zhi-Hao Yang, Junjing Yu, Hong Tang, Dennis M. McKearin, Daniel A. Chamovitz, Jianquan Ni & Ting Xie

The balance between stem cell self-renewal and differentiation is controlled by intrinsic factors and niche signals1, 2. In the Drosophila melanogaster ovary, some intrinsic factors promote germline stem cell (GSC) self-renewal, whereas others stimulate differentiation3. However, it remains poorly understood how the balance between self-renewal and differentiation is controlled. Here we use D. melanogaster ovarian GSCs to demonstrate that the differentiation factor Bam controls the functional switch of the COP9 complex from self-renewal to differentiation via protein competition. The COP9 complex is composed of eight Csn subunits, Csn1–8, and removes Nedd8 modifications from target proteins4, 5. Genetic results indicated that the COP9 complex is required intrinsically for GSC self-renewal, whereas other Csn proteins, with the exception of Csn4, were also required for GSC progeny differentiation. Bam-mediated Csn4 sequestration from the COP9 complex via protein competition inactivated the self-renewing function of COP9 and allowed other Csn proteins to promote GSC differentiation. Therefore, this study reveals a protein-competition-based mechanism for controlling the balance between stem cell self-renewal and differentiation. Because numerous self-renewal factors are ubiquitously expressed throughout the stem cell lineage in various systems, protein competition may function as an important mechanism for controlling the self-renewal-to-differentiation switch.

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