新研究可能会改变我们对干细胞如何分化的理解

由佛罗里达州立大学生物学家领导的一项开创性的新研究可以从根本上改变我们对胚胎干细胞如何分化成特定细胞类型的理解。

今天发表在干细胞报告杂志上的这项研究质疑了胚胎干细胞在转变为内胚层时的几十年科学共识，胚胎干细胞是动物胚胎中的一类细胞，可以产生消化系统和呼吸系统。

FSU生物科学系J. Herbert Taylor杰出分子生物学杰出教授David M. Gilbert表示，这项研究有助于确定胚胎干细胞何时将其不可改变的过程描绘成固定的内胚层谱系 - 在这种情况下，他们最终的命运是特定的消化或呼吸细胞。

本文质疑长期以来的假设，即胚胎干细胞在细胞定型的最早阶段仍保持相当的塑性和可塑性。我们发现，人类胚胎干细胞可以非常快速地对内胚层谱系 - 例如肝脏和胰腺细胞 - 产生不可逆转的作用。“

David M. Gilbert，FSU生物科学系分子生物学教授

这些发现代表了胚胎干细胞分化研究的新篇章，这一领域可能是帮助科学家和临床医生解决各种疾病改良疗法的关键。

使用由位于圣地亚哥的再生医学公司ViaCyte开发的复杂方案，Gilbert及其合作者将胚胎干细胞样本暴露于培养条件，以便将细胞推进到定形内胚层阶段，这是专门细胞发育的快车道。然后研究小组迅速将细胞送回一系列治疗因子，以使其恢复到胚胎状态。

根据以前的研究，研究人员推测，在内胚层培养中，或者至少需要一个完整的细胞分裂周期，细胞才能进入发育轨道。

“事实上，我们发现，在接触内胚层混合物仅几个小时后 - 细胞分裂周期的一小部分 - 细胞可以返回干细胞混合物并继续经历相同系列的基因表达变化作为保留在内胚层鸡尾酒中的对照细胞。“

换句话说，在内胚层培养物中非常短暂地浸泡后，细胞已经完全适应特定的细胞程序。

吉尔伯特和他的合着者在他们的论文中写道：“在此之前报道的实验之前，没有人期望早期干细胞谱系的承诺如此迅速和不可逆转。”

这不是团队研究所挑战的唯一根深蒂固的假设。长期以来，科学家们一直认为细胞核中染色体的三维组织非常严格，并且与复制时间密切相关 - 复制时间是细胞分裂前DNA片段被复制的顺序。据认为，重新配置该架构的唯一方法是在将染色体传递给其子细胞时裂开细胞核。

事实证明，这些假设也可能被误导。

“我们证明，染色体结构可以在不拆除整个细胞核的情况下进行局部快速改造 - 类似于改变建筑物的脚手架而不会将其拆除 - 这是非常意外的，”吉尔伯特说。“我们还表明染色体结构的这些变化是在干细胞刺激成为内胚层后立即动态发生的。这一发现表明，复制和结构并不总是齐头并进，它们可以是我们所谓的'解耦'。”

研究人员将复制时间与染色体结构脱钩并显示出通过外科手术重塑该结构的能力，有助于提高科学家对胚胎干细胞行为的理解。随着干细胞谱系承诺的发生比预期的更快和不可逆，Gilbert说这些发现提出了关于干细胞基本性质和将一个细胞转变为另一个细胞的障碍的关键问题。

如果研究人员能够利用这些新获得的见解，他们就可以开始揭开干细胞如何以及为何致力于其发育轨迹以及为什么某些细胞特别难以重新编程的奥秘。

这些信息可以为创造新的强大工具提供信息，以对抗疾病和减轻人类痛苦。

“事实上，基因组组织的大变化及其复制的时间顺序可以如此轻易地重塑，并且这与实验室细胞培养系统中的不可逆转的承诺相关联，这意味着我们可能能够使用该系统获得代表不可逆转承诺的机制，“吉尔伯特说。“我们从未预料到这一点 - 我们期望不可逆转的承诺，需要花费更多的工作，时间和费用。”

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