干细胞不（只）玩骰子

在短短的几周内，一个完全新的有机体从受精卵细胞发育而来。真正的奇迹是一堆相同的干细胞变成了完全不同的特殊细胞类型。一个研究小组现在已经能够证明，胚胎发育过程中单个细胞的特化并不像以前假设的那样完全是偶然的，而是由细胞通讯决定的。

　　

这一切都是偶然吗?

一个重要的任务分配调节器是通过转录因子如NANOG和GATA来控制基因，这两种转录因子最初都存在于未分化的干细胞中。然而，当干细胞发育成两种新的细胞类型时，这种情况发生了根本的改变:早期胚胎细胞，其中现在只有NANOG存在，以及现在只携带GATA的果囊的前体细胞。直到现在，人们认为每个细胞的决定在早期阶段是相当随机的，类似于骰子游戏，除了这里只有NANOG或GATA可以滚动。

细胞决定集体

在之前的一篇理论论文中，该研究的合著者、前MPI小组负责人安妮塔·科塞斯卡（Aneta Koseska）在克里斯蒂安·施罗德（Christian Schröter）的帮助下建立了一个新概念，展示了干细胞如何以协调的方式以正确的比例特化。在目前的出版物中，Christian Schröter和他的团队已经成功地证实了这一理论概念。通过在试管中使用干细胞，研究人员能够证明决策并非如先前所假设的那样在单个细胞水平上纯粹随机发生，而是在细胞群体中进行交流。

在干细胞骰子游戏中作弊

为了不让细胞的命运发生变化，研究人员在他们的研究中操纵了NANOG-GATA骰子，使得GATA现在比NANOG更频繁地滚动。这是通过人工增加GATA的量在实验上实现的。尽管总是滚动6个（即GATA），但不能随意增加果囊前体细胞的数量，但两种不同细胞类型的比例相似。因此，发展过程中任务的分配必须不仅仅取决于机会。

决策在团队中进行沟通

根据他们的理论概念，科学家们研究了细胞通讯在胚胎发育中的作用。细胞利用信使物质（如生长因子）作为通讯的中心手段，这些物质是它们自己产生和分泌的。这些物质随后被其他细胞接收并控制它们的特化。如果研究人员去除了一种对细胞发育至关重要的生长因子，即使在GATA含量较高的情况下，细胞也不能再发育成果囊前体细胞。然而，细胞接受的生长因子越多，发育的果囊前体细胞也越多。因此，尽管受到干扰，它们分裂成两种细胞类型的正确比例的能力丧失了。因此，为了做出正确的决定，干细胞必须相互沟通。

Christian Schröter说：“细胞开发中的沟通就像是在团队中工作。如果成员选择任务时没有相互咨询，有些事情会做两次，而另一些事情则根本不会。另一方面，一个沟通良好的团队可以解决出现的问题，甚至可靠而高效地完成复杂的项目。因此，决定其信仰的不仅仅是单个细胞的状态，还有与其他细胞的功能性沟通。”

Dhruv Raina, Azra Bahadori, Angel Stanoev, Michelle Protzek, Aneta Koseska, Christian Schröter. Cell-cell communication through FGF4 generates and maintains robust proportions of differentiated cell types in embryonic stem cells. Development, 2021; 148 (21)