人类胚胎干细胞潜能重大发现

放心不下

- |$ P- V- h9 c4 Z8 r) w维恩图解描绘了干细胞调控因子Oct4、Nanog和Sox2的作用方式& ^* o# B1 E' b/ h# B

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9 L( ?( _  B/ c0 F        是什么让一个干细胞成为了一个干细胞？这个问题看起来似乎很简单，但是在我们知道了干细胞一大堆潜能的同时，却还不知道赋予这些细胞“超能力”的分子过程。
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' {/ Y6 h( t5 G4 I% f8 n. v" h        现在，研究胚胎干细胞的Witehead生物医学研究院的研究人员破解了负责让这些细胞能够变成身体的任何一种细胞类型的能力的过程。这项研究的结果刊登在9月8日的Cell杂志的网络版上。这些细胞被连着线，因此能够变成身体中几乎所有类型的细胞。新的研究发现了这些细胞的连线图的一个关键部分并描述了这个过程如何完成。 5 p6 \3 L7 W% o$ }* U+ @

1 ]6 F0 \$ d% o' y1 X3 f, |2 @6 P        当胚胎长到几天大的时候，干细胞开始分化成特殊的组织类型，并且这种全能性永远地丧失了。但是，如果干细胞被萃取出来，研究人员就能使它们一直处于全能状态，从而使它们处于一种细胞空白状态（cellular  blank  slate）。接着，在治疗应用中，这些细胞被诱导分化成肝脏或者大脑组织。但是，为了引导它们有效脱离全能状态，人们需要知道到底是什么使它们处于全能状态。 1 q6 k9 x, k, w: i  z. k
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        Whitehead实验室的Young、Rudolf  Jaenisch、David  Gifford和Douglas  Melton研究了三种对干细胞至关重要的蛋白质。这些分别称为Oct4、Sox2和Nanog的蛋白是转录因子。
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        已经知道，这些蛋白在维持干细胞特性中起到重要的作用。如果它们失灵，干细胞就会立刻开始分化并因此不再是干细胞了。但是，在这之前，研究人员并不知道这些蛋白是如何通知干细胞的。 2 x4 s: P4 r: j( p3 c( F' p
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        利用一种芯片技术，Boyer和同事分析了一个人类胚胎干细胞的整个基因组并确定出受这三种转录因子调节的基因。研究组发现这些转录因子不但能活化对细胞生长很关键的基因，而且还抑制一些胚胎发育所必须的关键基因。 % |( Q- P6 a9 }& U

6 k$ q8 E' N% F9 D        这套被抑制的关键基因产生负责活化产生不同特化细胞和组织所需的整个基因网络的其他转录因子。因此，Oct4、Sox2和Nanog是主控调节因子，能够沉默用于产生下一代细胞的基因。当Oct4、Sox2和Nanog在胚胎开始发育时被失活，这些网络就会恢复生机，并且这个干细胞也终结了它的干细胞状态。 1 d; ~9 H' R) c+ V
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        这项新的研究提供了人类胚胎干细胞调节线路的首个连线图，并因此为我们提供了进一步了解人类发育如何被调节的一个框架。此外，这些发现也为了解修改胚胎干细胞的这个环路以修复受损或患病细胞的途径奠定了基础。3 j# ?: w. L$ s9 G
是什么让干细胞成其为干细胞呢？这个问题看上去非常简单，我们知道干细胞的重要作用，但我们还不了解干细胞产生这样独特功能的分子过程。 , S4 g, F- Z# T* m

$ ~4 K$ ^- o, H2 f; F; T9 ~        目前，怀特黑德生物医药研究所的人类胚胎干细胞研究人员已经发现了一个干细胞可以分化为多种类型细胞的主要原因，它们可以分化体内几乎所有类型的细胞，这种特性就是胚胎干细胞的多潜能性。 % W2 M) N" q& u$ }, D* {2 `

0 K: t6 n7 @8 n/ f: x! M# K( ]        "这也正使得胚胎干细胞在疾病治疗上具有广阔的应用前景，"文章作者Richard  Young在9月8日发表的早期网络版《细胞》杂志中说，"它们被强化了，因此它们能分化成体内几乎所有的细胞。我们已经发现了强化这些细胞相连的关键部分，而且我们还可以目睹这些过程的进行情况。" ) s, V$ B  {# [2 {0 @
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        在胚胎生长几天的时候，干细胞就开始分化为特定组织类型，并且它的多潜能性永远也不会消失。如果干细胞耗尽了，研究人员能使它们一直保持在这种多潜能性状态。为了诱导它们更为有效地发挥多潜能性，研究人员需要知道是什么原因让它保持本来的功能。 & j+ G2 Z, }  G# r. `: R

6 K/ t* }. m; ?" X+ E* x        怀特黑德实验室的研究人员Young  和Rudolf  Jaenisch，麻省理工大学计算机科学家David  Gifford与哈佛大学Douglas  Melton将研究集中在3个与干细胞发生相关的功能已知蛋白质Oct4、Sox2和Nanog上。这些蛋白质被称作"转录因子"，它们的作用是调节基因的表达。
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; o8 l! l! T: o        这些蛋白质在维持干细胞特性的中起着关键性的作用——如果它们受损，干细胞就会立即分化并从此不再是干细胞。"但我们不知道这些蛋白质是如何对干细胞的多潜能性进行控制的，"文章作者之一Laurie  Boyer说。 7 \+ E) I4 s: A: g, ^4 k0 Z

4 [1 F( h/ `6 Z. D3 y) Z        采用Young实验室发明的微阵列技术，Boyer和她的同事分析了人类胚胎干细胞的全基因组，并定位了一些由这3个转录因子调控的基因。
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        研究人员发现，转录因子激活特定基因的实质是使细胞生长，同时也限制了胚胎发育的一系列关键基因的表达。
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        这些受抑制的基因产生的额外转录因子是激活整个网络中基因产生不同特化细胞和组织的必需过程。这样，Oct4、Sox2和Nanog基因就成了主要调控子，沉默的基因就伺机创造细胞的下一代。如果这3个基因在胚胎发育伊始不活动，那么工作网络就会变得异常活跃，这时干细胞也就不再是干细胞了。
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        这3个基因将会为干细胞的产生带来无尽的源泉，组织修复工程指日可待