Cell：干细胞分化259个基因控制

　　

犹他州大学的研究者近期鉴定出成体干细胞分化的两个早期步骤，这两个早期步骤是控制成体干细胞定向分化的步骤，通过这两个步骤，成体干细胞分化成肌肉细胞、神经细胞或是皮肤细胞，人和动物的成体干细胞的定向分化都受这两步骤控制。

 

成体干细胞定向分化研究项目由犹他州大学的Alejandro Sánchez Alvarado博士主持，他是神经生物学和解剖学教授，他和研究小组发现有259个基因在涡虫成体干细胞分化过程中起关键的调控作用。涡虫，是一种小型的花虫类动物，涡虫是研究干细胞分化的最佳动物模型，它具有独特的再生能力，这些再生的功能为研究成体干细胞分化提供了最佳的材料。涡虫再生力极强，是一种很好的实验材料。横切为2段或多段，每段均可再生成一完整的涡虫。实质组织是分化新细胞和再生组织的主要来源。再生具有极性。如切为3段，前段再生出后端，后段生头，中段前生头后生后端。

 

相关的报道，发表在9月11号的Cell子刊《Cell Stem Cell》上，专家称，涡虫是研究成体干细胞分化的最佳活体动物模型，比实验室用细胞系的研究更具价值。

 

Sánchez Alvarado博士称，使用活体动物模型研究成体干细胞分化过程可直观地观察成体干细胞分化的微环境。最重要的是，这些理论在人类的干细胞分化过程中也适用。Sánchez Alvarado，霍华休斯医学院研究员，文章高级作者。

 

在生物学上，涡虫与人类有很多共同之处。不过，它们独特的再生能力是其他动物望尘莫及的，涡虫横切为2段或多段，每段均可再生成一完整的涡虫。自然死亡或是损伤的细胞都可被再生的新细胞所取代。

 

涡虫的成体干细胞的分化第一步是，成体干细胞首先分化成两个细胞（子代细胞）：一个是完全与亲代一样的成体干细胞，而另一个是具有具体功能的成熟细胞。举个例子来说，每个成体干细胞都增殖成为两个，一个是成体干细胞（与亲代一样），一个是肌肉细胞或是脑细胞。

 

由于成体干细胞增殖后分化的子代成体干细胞与亲代的从遗传信息到外观都没有差别，因此很难区分哪个是子代干细胞，哪个是原代干细胞。因此，研究者使用BrdU标记来区分两种细胞。研究者发现，有259个基因控制涡虫成体干细胞的分化，子代干细胞受这259个基因控制。犹他州大学的研究者，对这些基因的功能进行研究，他们沉默掉其中的基因来观察涡虫再生能力是否会受影响。结果发现，有些基因对子代干细胞没有影响，有些基因严重影响子代干细胞的活性。

 

Sánchez Alvarado和两位同事在亲代干细胞里注入BrdU作为标记，BrdU是一直结合在DNA上的生物标记，就像是人类的纹身一样。（BrdU的结构不是DNA也不是RNA结构）。当成体干细胞分化成子代细胞时，BrdU会遗传给子代的干细胞，因此，科学家可以通过BrdU追踪子代干细胞。

 

研究者发现，子代干细胞要分化成有功能的细胞至少需要两步。研究者将子代干细胞再分类，分为2型和3型，两者在外形上无法区分，但是在细胞分化过程中起关键作用。

 

研究者发现，2型干细胞可分化成3型干细胞，而3型干细胞可以分化成不同的功能细胞。

 

这些发现为干细胞分化操作提供了新的理论指导。Sánchez Alvarado博士说，这些研究结果鉴定了干细胞定向分化的过程。

 

Sánchez Alvarado博士下一步的研究将鉴定定向分化过程中起限制作用的分子物质。

 

原文检索：Molecular Analysis of Stem Cells and Their Descendants during Cell Turnover and Regeneration in the Planarian Schmidtea mediterranea

【Summary】

In adult planarians, the replacement of cells lost to physiological turnover or injury is sustained by the proliferation and differentiation of stem cells known as neoblasts. Neoblast lineage relationships and the molecular changes that take place during differentiation into the appropriate cell types are poorly understood. Here we report the identification and characterization of a cohort of genes specifically expressed in neoblasts and their descendants. We find that genes with severely downregulated expression after irradiation molecularly define at least three discrete subpopulations of cells. Simultaneous BrdU labeling and in situ hybridization experiments in intact and regenerating animals indicate that these cell subpopulations are related by lineage. Our data demonstrate not only the ability to measure and study the in vivo population dynamics of adult stem cells during tissue homeostasis and regeneration, but also the utility of studies in planarians to broadly inform stem cell biology in adult organisms.

（生物通 张欢）