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多篇文章解读科学家在干细胞分化研究领域的新成果!

来源:本站原创 2019-12-21 17:27

本文中,小编整理了近期科学家们在干细胞分化研究领域取得的新成果,与大家一起学习!

图片来源:ifpnews.com

【1】Nat Cell Biol:新研究揭示干细胞的早期分化机制

doi:10.1038/s41556-019-0423-1

成年人体内数百种不同的细胞类型是从几个相同的干细胞开始形成的。在此不断分化的过程中,细胞的分化潜力逐渐受到限制,从而导致其形态和功能发生变化。来自弗莱堡大学医学院的研究小组现已成功地破译了细胞分化过程中基本的分子调控机制,进而决定了干细胞要转化成哪种细胞类型,相关结果发表在最近的Nature Cell Biology杂志上。

胚胎的未分化干细胞要么发育成神经系统的细胞,即所谓的神经外胚层,要么发育成中胚层和内胚层的细胞,例如,许多不同类型的内部器官或肌肉都从中发育。 25多年来,已知该分化方向受胚胎信号分子(例如TGFβ和Wnt信号)的调节。然而,到目前为止,仍不清楚这些信号如何控制细胞分化的“第一次”决定。

【2】Cell Rep:研究揭示RNA分子对于胚胎干细胞分化的重要性

doi:10.1016/j.celrep.2019.10.011

胚胎干细胞(ESC)具有自我更新的双重能力和分化的潜能,而两者都需要受到严格的调节控制。在ESC分化过程中,干细胞会发展为特殊的细胞类型,例如皮肤细胞,神经细胞,肌肉细胞等。虽然我们对ES细胞调控的理解主要在于转录和表观遗传差异等方面,但我们对转录后调控的作用仍知之甚少。

最近,丹麦的一个研究小组发现了由PolyA-tail eXosome Targeting'(PAXT)调控的核RNA水平升高以及Polycomb Repressive Complex 2(PRC2)调控的转录之间的关系。研究人员提出,过量的RNA会通过隔离DNA来阻碍PRC2的功能。他们的结果强调了核RNA水平稳态的重要性,并证明了大分子RNA调节染色质相关蛋白的能力。

【3】BBRC:利用人类诱导多能干细胞分化的心肌细胞开发出新型心肌梗死模型

doi:10.1016/j.bbrc.2019.09.119

日前,一项刊登在国际杂志Biochemical and Biophysical Research Communications 上题为“Development of a model of ischemic heart disease using cardiomyocytes differentiated from human induced pluripotent stem cells”的研究报告中,来自日本冈山大学等机构的科学家们通过研究利用人类诱导多能干细胞所分化的心肌细胞开发出了一种新型的心肌梗死模型。

迄今为止,研究者会利用诸如小鼠等实验室动物来模拟多种人类疾病,包括心肌梗死等;然而,由于实验室动物和人类机体基因表达存在一定的差异,研究人员往往会对心肌细胞特性的差异表示非常关注,比如心率和药物的作用机制等。这项研究中,利用所开发的新型模型,研究人员就能通过显微镜形态学分析来评估患者心肌损伤的程度,并通过测定损伤标记蛋白,定量分析记录影片的收缩性及同步性;深入分析后,研究者表示,在这种新型模型中,白介素-8的基因表达会增加,白介素-8是一种在急性心肌梗死中水平能够增加的炎性标志物。

【4】MSB:转录因子浓度的时间波动或会影响胚胎干细胞的分化命运

doi:10.15252/msb.20199002

蛋白质浓度的时间变化如何影响生物学?这是一个生物学家们最近才开始研究解决的问题,而且越来越多的研究结果表明,特定蛋白质数量的随机时间变化在生物学过程中起着直接而且重要的角色。近日,一项刊登在国际杂志Molecular Systems Biology上的研究报告中,来自瑞士洛桑联邦理工学院等机构的科学家们通过研究发现,蛋白质浓度的时间波动或能决定胚胎干细胞所转变的细胞类型。

文章中,研究者对两种名为SOX2和OCT4的重要转录因子进行研究,这两种转录因子的水平在胚胎干细胞中会随着时间的改变而发生改变,其对于胚胎干细胞的自我更新及分化为特定细胞类型都非常重要。为了监测转录因子的时间波动,研究人员进行了非常复杂的基因工程操作,在一条胚胎干细胞线上制造了5个敲入的“报告”基因(reporter genes),这些是附在相关基因附近的基因,当细胞中靶向基因被表达时,其就会产生可见信号,比如荧光,随后当其产生相应蛋白时其就会“报告”。

【5】Mol Cell:干细胞是分化还是保持多能性?TDP-43和paraspeckle起关键作用

doi:10.1016/j.molcel.2019.03.041

诱导性多能干细胞ips细胞)可以转变为体内的任何细胞或保持它们的原始形式。在一项新的研究中,来自德国亥姆霍兹慕尼黑中心等研究机构的研究人员描述了细胞如何决定选择这两个方向中的哪一个。在他们的研究中,他们鉴定出一种蛋白和一种核糖核酸(RNA)在这个过程中起着非常重要的作用。他们的发现还允许更好地理解肌萎缩侧索硬化症(ALS),即一种影响运动神经元的进行性神经系统疾病,相关研究结果发表在Molecular Cell期刊上。

由于ips细胞能够转化为体内任何类型的细胞,它们可能为再生医学做出重要贡献。比如,为了产生用于治疗1型糖尿病的人工β细胞,理解它们的细胞分化机制是不可或缺的。在这项新的研究中,亥姆霍兹慕尼黑中心干细胞研究所的Micha Drukker博士与他的团队展示了这一过程在分子水平上是如何受到控制的。这一切都始于细胞核中的一个借助荧光显微镜可以观察到的结构。

图片来源:2019 Okayama University

【6】Nat Commun:揭示调节造血干祖细胞分化更新的新型分子机制

doi:10.1038/s41467-019-09028-w

机体需要制造持续的血细胞供应来进入循环,血细胞的功能范围非常广,比如其会向组织供氧、抵御感染、还能帮助机体在损伤后促进血液凝固;避免这些细胞发生缺陷或过度增殖往往涉及非常严格的调控机制,但研究人员并不清楚其中所涉及的分子机制。近日,来自大阪大学的科学家们通过研究发现,一种名为Ragnase-1的分子或能调节造血干祖细胞(HSPCs,hematopoietic stem and progenitor cells)的更新和分化,所有血细胞都衍生自HSPCs,相关研究结果刊登于国际杂志Nature Communications上;文章中研究者揭示了Ragnase-1分子的异常如何失去调节血细胞产生的能力,以及其如何引发多种副作用发生,比如血液恶性肿瘤的发生等。

这项研究中,研究人员首次利用基于计算机的分析技术鉴别出了在成体和胚胎HSPCs表达发生明显不同的关键基因,在这些基因中,研究人员选择Ragnase-1进行深入分析研究,鉴于其在另一种干细胞类型分化过程中所扮演的角色,后期研究人员进行的分析包括在小鼠机体中剔除一个或一对Ragnase-1基因拷贝,随后评估干细胞分化为其它血细胞系的影响以及小鼠整体健康程度的影响。

【7】Gene Dev:新研究揭示肌肉干细胞分化的“震荡”效应

doi:10.1101/gad.322818.118

当肌肉受伤时,肌肉干细胞必须随时准备好开始“行动”:例如,在体育活动期间,他们有责任尽快分化产生新的肌肉细胞。然而,与此同时,身体需要有一种机制可以阻止干细胞的不受控制的分化 - 否则这些细胞在肌肉中的供应会迅速耗尽,近日,刊登在国际杂志Genes & Development上的一篇研究报告中,研究者发现,MyoD和Hes1蛋白调节肌细胞的分化,导致产生的细胞数量存在周期性波动。

研究者表示,首先,这种观察本身就令人惊讶,因为我们之前没有人发现过肌肉中蛋白质的振荡。”以前只在大脑的干细胞中观察到这种现象。 MDC研究人员希望她的研究有朝一日可以更好地治疗肌营养不良症和肌肉减少症,这种综合征的特征是随着年龄的增长肌肉量逐渐减少。

【8】Stem Cells Dev:首次发现太空微重力有利于iPSC分化为心肌细胞

doi:10.1089/scd.2018.0240

近日,一项刊登在国际杂志Stem Cells and Development上的研究报告中,来自军事医学科学院等机构的研究人员使用实时成像技术发现在航行环境下生长的小鼠的诱导多功能干细胞(iPSCs)分化成为心肌细胞的速度比生长在地球重力环境条件下的相同细胞的速度更快。微重力条件下ipsCs分化形成心肌细胞的能力更强,可以维持10天。

文章中,研究人员发现,太空中的细胞可以更快的分化成为心肌细胞,且可以维持10天。这是首次对iPSCs在太空中分化为心肌细胞的实时观察,为ipsCs在太空中分化产生心肌细胞提供了重要信息。在未来相似的实验也许可以帮助实现在太空中的个性化心肌组织生产和药物测试。

【9】Cell:辅助性T细胞竟调节肠道干细胞的自我更新和分化

doi:10.1016/j.cell.2018.10.008

从分子的角度来看,肠道是一个嘈杂的地方,各种人类细胞和微生物细胞彼此之间相互沟通,从而维持一种稳健而又健康的细胞群落。这个细胞群落的关键是肠道干细胞(intestinal stem cell),它们产生多种细胞类型,从而有助于保持肠道功能正常。尽管科学家们知道沿着肠壁排列的上皮细胞和构成肠道结缔组织的基质细胞与肠道干细胞“交谈”,但是仍不清楚的是免疫系统是否以及如何参与这种交谈。人们所面临的挑战在于弄清楚参与交谈的各方是谁,以及它们如何作出贡献。

在一项新的研究中,来自美国布罗德研究所等研究机构的研究人员宣布他们检测到一部分肠道干细胞与生活在肠道中的辅助性T细胞(Th细胞)之间存在一种新的交谈形式。他们发现这些肠道干细胞产生MHC II,即一种允许免疫细胞与其他细胞之间交谈的表面蛋白复合物,所产生的MHC II会激活Th细胞。最后,他们发现这些肠道干细胞也对附近的Th细胞产生的细胞因子作出反应,相关研究结果发表在Cell期刊上。

【10】Cell Stem Cell:一种关键的转录因子或能促进干细胞分化形成心血管系统和肌肉骨骼系统

doi:10.1016/j.stem.2018.07.001

在很多研究中,研究人员都想发现一种单一的转录因子来诱导中胚层的形成,中胚层是胚胎发育的早期阶段,如果没有来自其它细胞蛋白的帮助,研究人员或许就无法诱导中胚层的形成。近日,一项刊登在国际杂志Cell Stem Cell上的研究报告中,来自日本筑波大学的科学家们发表了一篇题为“Tbx6 Induces Nascent Mesoderm from Pluripotent Stem Cells and Temporally Controls Cardiac versus Somite Lineage Diversification”的研究报告,文章中,他们对50多种转录因子进行了筛选,最终发现名为Tbx6的转录因子或能在人工培养的干细胞中单独刺激中胚胎的形成,同时其还能促进干细胞转变成为心血管细胞或肌肉骨骼细胞。

多能干细胞(pluripotent stem cells)能为研究人员阐明细胞分化的机制提供一种新的视角,而细胞分化时人类和其它动物机体组织发育和维护的关键过程,其对于再生医学的框架形成至关重要,尽管近些年来科学家们在理解并指导干细胞分化领域的研究上取得了一定的成绩,但诱导中胚层形成及随后特异性分化为组织特异性的细胞类型其中涉及的总体分子机制,目前研究人员并不清楚,因为这一过程是动态变化的,此前研究人员进行的研究规模较小,而且并没有提供一些决定性的数据。(生物谷Bioon.com)

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