细胞周期对造血干细胞有何影响?

【字体: 时间:2015年07月14日 来源:生物通

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  最近,德国德累斯顿工业大学医学院Claudia Waskow教授的研究小组,首次描述了一种新的机制,即细胞周期G1期的长度,对人体造血干细胞的适合度产生巨大的影响。相关研究结果发表在七月六日的权威实验医学杂志《Journal of Experimental Medicine》。

  

生物通报道:最近,德国德累斯顿工业大学医学院Claudia Waskow教授的研究小组,首次描述了一种新的机制,即细胞周期G1期的长度,对人体造血干细胞的适合度产生巨大的影响。在这项研究中,缩短G1期,可长期提高从干细胞到成熟血细胞的持续生产。可以想象,在将来,也可以通过加速细胞周期的转换动力学,来提高人体干细胞的功能。相关研究结果发表在七月六日的权威实验医学杂志《Journal of Experimental Medicine》(DOI:10.1084/jem.20150308)。延伸阅读:著名学者:LncRNA控制造血干细胞功能

在我们的整个生命过程中,要维持我们免疫系统的功能,持续供应新鲜产生的血细胞,是必不可少的。事实上,在感染性疾病或大量失血后,新产生成熟血细胞就成为关键,因此此时要确保有机体的生存,就需要新产生的成熟血细胞。

为了应对这种危及生命的诱因,我们的骨髓拥有所谓的造血干细胞,它们能够根据需要重新形成所有的血细胞。造血干细胞的这种特殊属性也被用于临床骨髓移植,把有病变的血细胞——例如白血病细胞,由健康细胞代替。然而,受体可以接纳的供体干细胞的数量有限,仍然是这种干细胞移植成功一个非常高的障碍。因此,为了能够找到解决这个问题的方法,更好理解“干细胞在身体中的作用”,仍然是特别重要的。

我们已经知道,大多数造血干细胞通常保持在一个休止期,它们的功能受影响于到细胞分裂的可控转换。相比之下,单个细胞分裂期的长度是否调节着造血干细胞的行为,仍然是未知的。Waskow教授研究小组的博士研究生Nicole Mende,使用转基因技术,特异性地缩短人类造血干细胞细胞周期的G1早期的转换时间。

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因此,缩短细胞周期G1期的转换时间后,造血干细胞在体外应力诱导后能够被更好地维持。然而,最重要的是,移植到同一实验室先前制备的一个非常合适的小鼠模型之后,该研究小组发现,处理后的干细胞在活有机体中的功能也显着增加。有趣的是,类似的细胞周期操作——其影响在G1期后面的一个时间点,精确地显示出恰恰相反的效果,以及干细胞功能的快速丧失。

这些结果表明,G1期早期与晚期的一个平衡的转换速度,是造血干细胞功能的重要调节器,因此对血液形成的终身维持做出了重要贡献。此外,G1期转换动力学的改变,可能是老年小鼠和老年人造血干细胞功能缺陷的基础。

(生物通:王英)

生物通推荐原文摘要:
CCND1–CDK4–mediated cell cycle progression provides a competitive advantage for human hematopoietic stem cells in vivo
Abstract: Maintenance of stem cell properties is associated with reduced proliferation. However, in mouse hematopoietic stem cells (HSCs), loss of quiescence results in a wide range of phenotypes, ranging from functional failure to extensive self-renewal. It remains unknown whether the function of human HSCs is controlled by the kinetics of cell cycle progression. Using human HSCs and human progenitor cells (HSPCs), we report here that elevated levels of CCND1–CDK4 complexes promoted the transit from G0 to G1 and shortened the G1 cell cycle phase, resulting in protection from differentiation-inducing signals in vitro and increasing human leukocyte engraftment in vivo. Further, CCND1–CDK4 overexpression conferred a competitive advantage without impacting HSPC numbers. In contrast, accelerated cell cycle progression mediated by elevated levels of CCNE1–CDK2 led to the loss of functional HSPCs in vivo. Collectively, these data suggest that the transition kinetics through the early cell cycle phases are key regulators of human HSPC function and important for lifelong hematopoiesis.


 

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