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Cell Rep:揭示维持多能性干细胞身份的一种重要机制


2017年5月20日---在一项新的研究中,来自美国威尔康奈尔医学院的研究人员发现干细胞在细胞分裂后利用它们的基因上的一系列蛋白“标签”保持它们的身份。这一结果可能有助进一步理解癌症等某些疾病如何产生,并且可能在抵抗疾病中发挥着广泛的临床影响。相关研究结果发表在2017年5月16日的Cell Reports期刊上,论文标题为“Widespread Mitotic Bookmarking by Histone Marks and Transcription Factors in Pluripotent Stem Cells”。

多能性干细胞(PSC)能够转化为体内的任何一种类型的细胞。每个干细胞变成何种类型的细胞是由多种蛋白调节的一种受到严格控制的系统决定着的。当每个干细胞进行有丝分裂时,所产生的每个所谓的子细胞应当与它的起源细胞具有相同的细胞类型。但是在有丝分裂期间,这种控制系统受到短暂地破坏,从而为细胞能够“忘记”它的身份和转化为一种不同的细胞类型打开一个时间窗口。

论文通信作者、威尔康奈尔医学院桑德拉-爱德华梅耶癌症中心医学分子生物学助理教授Effie Apostolou博士说,“如果细胞不记住它的身份,那么它能够转化为其他的细胞类型,甚至是恶性肿瘤细胞。理解这个过程如何受到控制对理解很多疾病如何产生是必要的。”

在这项新的研究中,Apostolou博士和她的团队发现PSC保持它的细胞身份是通过它的基因上的一系列“标签”实现的。这些标签在有丝分裂期间不会发生变化。Apostolou博士说,“因此当细胞在发生有丝分裂后,继续发挥它的功能(如进行转录)时,这些标签发挥着检查点的作用以便确保这个过程正确地发生。”通过这种方式,PSC确保在发生有丝分裂后它产生的子细胞与它们的母细胞具有相同的细胞身份。

这些研究人员鉴定出一些蛋白是潜在的标签候选物,随后在有丝分裂的这个关键的时间窗口期间移除细胞中的这些蛋白。Apostolou博士说,“如果这个时间窗口和这些蛋白的存在确实在有丝分裂期间发挥着至关重要的作用,那么细胞身份就会发生变化。”

这些研究人员发现当这些有丝分裂标签在PSC受到破坏时,这些细胞不能够维持它们的身份:它们在一次又一次发生有丝分裂时并不可靠地分裂为相同类型的细胞。Apostolou博士说,“这告诉我们这些标签是让干细胞正确地发挥作用的一种重要的机制。”

她说,鉴于PSC在阻止和治疗很多疾病中有巨大的前景,那么这项发现是关键的。理解细胞身份对理解疾病是必要的,这是因为癌症和一些神经疾病等很多疾病是细胞身份丢失的结果。

她说,“有丝分裂要么是细胞身份维持的危机,要么是产生新的细胞身份的一个机会。如果我们更多地理解细胞如何在这个过程期间维持它们的身份,那么我们将更好地理解肿瘤形成,而且我们可能甚至能够促进干细胞获得在治疗一种给定疾病中发挥着重要意义的细胞身份。”

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参阅文献:

Yiyuan Liu, Bobbie Pelham-Webb, Dafne Campigli Di Giammartino et al. Widespread Mitotic Bookmarking by Histone Marks and Transcription Factors in Pluripotent Stem Cells. Cell Reports, 16 May 2017, 19(7):1283–1293, doi:10.1016/j.celrep.2017.04.067

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