华人学者解析如何调控干细胞命运

最近，根据伊利诺伊大学香槟分校、加州大学圣地亚哥分校生物工程师王英晓（音译，Yingxiao Wang）带领的一项研究表明，挤压有助于释放细胞内储存的钙离子，并打开细胞膜上的通道，允许离子流入细胞。这些研究结果发表在最近的《eLife》杂志，可帮助科学家了解关于“干细胞分化背后的作用机制”的更多信息。

　　

生物通报道：最近，研究人员通过用光学镊子挤压附着于人类干细胞外部的一个微珠，发现了机械力如何引发细胞中的一个关键信号通路。延伸阅读：中美学者PNAS：利用细胞力学获得干细胞。

根据伊利诺伊大学香槟分校、加州大学圣地亚哥分校生物工程师王英晓（音译，Yingxiao Wang）带领的一项研究表明，挤压有助于释放细胞内储存的钙离子，并打开细胞膜上的通道，允许离子流入细胞。

研究人员知道，对干细胞施加机械力，对于细胞产生各种组织（从骨骼到血液）起着重要的作用。但是直到现在，这些力量如何转化为促使干细胞构建新组织的信号，仍不明确。

这些研究结果发表在最近的《eLife》杂志，可帮助科学家了解关于“干细胞分化背后的作用机制”的更多信息。这些结果也可以引导研究人员在实验室中重现这些机制，以诱导干细胞分化成可用于移植和其他疗法的组织。

王博士解释说：“干细胞周围的力学环境有助于控制干细胞的命运。硬组织（例如下颌）周围的细胞，给它们施加更高的张力，并且它们可以促进硬组织（例如骨骼）的产生。”

另一方面，存在于硬度较小的组织环境中的干细胞，可能会产生较软的材料，如脂肪组织。

王博士及其同事想了解关于“这些环境力量如何被转化为干细胞用以分化成更特化细胞和组织的信号”的更多信息。在他们的实验中，他们对人骨髓间充质干细胞（存在于骨髓中的干细胞的类型，可转化为骨骼、软骨和脂肪）施加作用力。

工程师们使用高度聚焦的激光束来捕获和操纵附着于干细胞细胞膜上的一个微珠，从而产生了一种光学“镊子”，施力于微珠。镊子施加的挤压非常小——大约200皮牛顿力。当细胞外没有钙离子循环时，这种力量有助于细胞内一个称为内质网的结构上释放钙离子。释放是借助于细胞的内结构蛋白（称为细胞骨架）连同收缩蛋白机器（称为肌动球蛋白）。研究人员指出，当机械力触发钙离子从细胞外环境进入细胞内时，只有细胞骨架参与。

Wang说：“钙离子可帮助传递一些重要的细胞信号。它们经常触发细胞内的一个分子级联反应，并可以发送信号到细胞核内，从而打开或关闭基因表达。”

这种类型的信号可能是“作用于干细胞的机械力”与“干细胞转化为其他细胞类型”之间的一个联系。他的研究小组计划在各种细胞类型中研究机械力对其他信号通路的影响，以了解关于“如何调节细胞命运”的更多信息。

（生物通：王英）

注：王英晓（Peter Yingxiao Wang），1992年本科毕业于北京大学，1996年毕业于北京大学获硕士学位，2002年在加州大学圣地亚哥分校获博士学位，2002年至2005年在加州大学圣地亚哥分校从事博士后研究，现就职于伊利诺伊大学香槟分校和加州大学圣地亚哥分校。研究领域为单细胞成像和重编程的分子工程学。曾经在PNAS、Nature Communications、PLOS One、Cancer Research、Angewandte Chemie International Edition等国际著名学术期刊发表论文多篇。

生物通推荐原文：
The publication is "Distinct mechanisms regulating mechanical force-induced Ca2+ 1 signals at the plasma membrane and the endoplasmic reticulum in human mesenchymal stem cells," published Feb. 10 2015 in the journal eLife.