由佛羅里達(dá)州立大學(xué)生物學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性的新研究可以從根本上改變我們對(duì)胚胎干細(xì)胞如何分化成特定細(xì)胞類(lèi)型的理解。

今天發(fā)表在干細(xì)胞報(bào)告雜志上的這項(xiàng)研究質(zhì)疑了胚胎干細(xì)胞在轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)胚層時(shí)的幾十年科學(xué)共識(shí)，胚胎干細(xì)胞是動(dòng)物胚胎中的一類(lèi)細(xì)胞，可以產(chǎn)生消化系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)。

FSU生物科學(xué)系J. Herbert Taylor杰出分子生物學(xué)杰出教授David M. Gilbert表示，這項(xiàng)研究有助于確定胚胎干細(xì)胞何時(shí)將其不可改變的過(guò)程描繪成固定的內(nèi)胚層譜系 - 在這種情況下，他們最終的命運(yùn)是特定的消化或呼吸細(xì)胞。

本文質(zhì)疑長(zhǎng)期以來(lái)的假設(shè)，即胚胎干細(xì)胞在細(xì)胞定型的最早階段仍保持相當(dāng)?shù)乃苄院涂伤苄浴Ｎ覀儼l(fā)現(xiàn)，人類(lèi)胚胎干細(xì)胞可以非?？焖俚貙?duì)內(nèi)胚層譜系 - 例如肝臟和胰腺細(xì)胞 - 產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的作用。“

David M. Gilbert，F(xiàn)SU生物科學(xué)系分子生物學(xué)教授

這些發(fā)現(xiàn)代表了胚胎干細(xì)胞分化研究的新篇章，這一領(lǐng)域可能是幫助科學(xué)家和臨床醫(yī)生解決各種疾病改良療法的關(guān)鍵。

使用由位于圣地亞哥的再生醫(yī)學(xué)公司ViaCyte開(kāi)發(fā)的復(fù)雜方案，Gilbert及其合作者將胚胎干細(xì)胞樣本暴露于培養(yǎng)條件，以便將細(xì)胞推進(jìn)到定形內(nèi)胚層階段，這是專(zhuān)門(mén)細(xì)胞發(fā)育的快車(chē)道。然后研究小組迅速將細(xì)胞送回一系列治療因子，以使其恢復(fù)到胚胎狀態(tài)。

根據(jù)以前的研究，研究人員推測(cè)，在內(nèi)胚層培養(yǎng)中，或者至少需要一個(gè)完整的細(xì)胞分裂周期，細(xì)胞才能進(jìn)入發(fā)育軌道。

“事實(shí)上，我們發(fā)現(xiàn)，在接觸內(nèi)胚層混合物僅幾個(gè)小時(shí)后 - 細(xì)胞分裂周期的一小部分 - 細(xì)胞可以返回干細(xì)胞混合物并繼續(xù)經(jīng)歷相同系列的基因表達(dá)變化作為保留在內(nèi)胚層雞尾酒中的對(duì)照細(xì)胞。“

換句話說(shuō)，在內(nèi)胚層培養(yǎng)物中非常短暫地浸泡后，細(xì)胞已經(jīng)完全適應(yīng)特定的細(xì)胞程序。

吉爾伯特和他的合著者在他們的論文中寫(xiě)道：“在此之前報(bào)道的實(shí)驗(yàn)之前，沒(méi)有人期望早期干細(xì)胞譜系的承諾如此迅速和不可逆轉(zhuǎn)。”

這不是團(tuán)隊(duì)研究所挑戰(zhàn)的唯一根深蒂固的假設(shè)。長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家們一直認(rèn)為細(xì)胞核中染色體的三維組織非常嚴(yán)格，并且與復(fù)制時(shí)間密切相關(guān) - 復(fù)制時(shí)間是細(xì)胞分裂前DNA片段被復(fù)制的順序。據(jù)認(rèn)為，重新配置該架構(gòu)的唯一方法是在將染色體傳遞給其子細(xì)胞時(shí)裂開(kāi)細(xì)胞核。

事實(shí)證明，這些假設(shè)也可能被誤導(dǎo)。

“我們證明，染色體結(jié)構(gòu)可以在不拆除整個(gè)細(xì)胞核的情況下進(jìn)行局部快速改造 - 類(lèi)似于改變建筑物的腳手架而不會(huì)將其拆除 - 這是非常意外的，”吉爾伯特說(shuō)。“我們還表明染色體結(jié)構(gòu)的這些變化是在干細(xì)胞刺激成為內(nèi)胚層后立即動(dòng)態(tài)發(fā)生的。這一發(fā)現(xiàn)表明，復(fù)制和結(jié)構(gòu)并不總是齊頭并進(jìn)，它們可以是我們所謂的'解耦'。”

研究人員將復(fù)制時(shí)間與染色體結(jié)構(gòu)脫鉤并顯示出通過(guò)外科手術(shù)重塑該結(jié)構(gòu)的能力，有助于提高科學(xué)家對(duì)胚胎干細(xì)胞行為的理解。隨著干細(xì)胞譜系承諾的發(fā)生比預(yù)期的更快和不可逆，Gilbert說(shuō)這些發(fā)現(xiàn)提出了關(guān)于干細(xì)胞基本性質(zhì)和將一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)細(xì)胞的障礙的關(guān)鍵問(wèn)題。

如果研究人員能夠利用這些新獲得的見(jiàn)解，他們就可以開(kāi)始揭開(kāi)干細(xì)胞如何以及為何致力于其發(fā)育軌跡以及為什么某些細(xì)胞特別難以重新編程的奧秘。

這些信息可以為創(chuàng)造新的強(qiáng)大工具提供信息，以對(duì)抗疾病和減輕人類(lèi)痛苦。

“事實(shí)上，基因組組織的大變化及其復(fù)制的時(shí)間順序可以如此輕易地重塑，并且這與實(shí)驗(yàn)室細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)中的不可逆轉(zhuǎn)的承諾相關(guān)聯(lián)，這意味著我們可能能夠使用該系統(tǒng)獲得代表不可逆轉(zhuǎn)承諾的機(jī)制，“吉爾伯特說(shuō)。“我們從未預(yù)料到這一點(diǎn) - 我們期望不可逆轉(zhuǎn)的承諾，需要花費(fèi)更多的工作，時(shí)間和費(fèi)用。”