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        Science:一個microRNA分子就能改變胚胎干細胞命運

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        1月12日Science上在線報道了來自加州大學伯克利分校的研究人員開發出了對小鼠胚胎干細胞進行重編程的新方法,該方法能夠使其表現出像受精卵一樣的發育特性。

         

        干細胞的多能性與受精卵不同

         

        研究者指出,這些全能的干細胞不僅能夠產生發育胚胎中所有的細胞類型,還能夠產生一些能促進胚胎和母體之間營養交換的細胞。

         

        這項研究所創造的新干細胞系將有可能幫助研究人員理解早期胚胎發育過程中的分子決策,同時也將擴展干細胞所產生的組織類型的列表,對于再生醫學以及干細胞治療的開發有重大意義。

         

        一個受精卵擁有完全的發育潛能,其能夠產生所需的所有細胞類型,包括發育中的胚胎以及額外的胚胎組織。相比較而言,很多胚胎干細胞和誘導多能干細胞往往會因發育潛能而更受限制,能夠形成胚胎的細胞類型,但卻并不能形成胚外組織。目前,胚胎干細胞收集自培養三天半的小鼠胚胎和培養五天半的人類胚胎。從收集時起,這些干細胞的命運似乎就已經決定了是形成胚胎而非胚外組織,不過新的研究卻顯示干細胞的命運也是可以被調控的。

         

        研究者Lin He教授說:“對胚胎發育的研究更大程度得益于胚胎干細胞的培養系統以及最近誘導多能干細胞的研究發現。這些實驗系統能夠幫助科學家找到胚胎發育過程中負責特殊細胞命運決策的關鍵分子途徑。但當精子和卵子剛剛結合形成受精卵后的獨特發育潛能是非常難研究的,這往往是因為缺少研究材料以及細胞培養實驗系統。”

         

        他的新研究不僅揭示了調節全能干細胞狀態的新分子機制,同時也為進一步研究干細胞的全能性提供了一種強大的細胞培養系統。

         

        一個小RNA就能讓胚胎干細胞多能性擴展

         

        microRNAs是一類小型的非編碼RNA分子,其能夠調節基因表達??茖W家們已經發現有一些microRNA是未分化或已分化的胚胎干細胞所特有的,這些microRNA在動植物體內調控干細胞的特性,對于干細胞的自我更新或維持未分化的狀態具有重要的意義。不過這些研究集中在促進干細胞定向分化上面,并未設想居然可以有一個microRNA分子,能將干細胞的多能性返回至受精卵的狀態。

         

        在這項新的研究中研究人員發現,名為miR-34a的microRNAs分子似乎能夠作為一種“制動器”,來防止胚胎干細胞和誘導多能干細胞產生胚外組織,當miR-34a被刪除后,上述兩種細胞都能夠擴展它們的發育決策來產生胚胎細胞類型、胎盤以及卵黃囊。研究人員發現,大約20%缺失miR-34a的胚胎干細胞能夠表現出擴展性的潛在命運,此外,這種效應可以在細胞培養液中維持長達一個月。

         

        He教授表示讓他們非常驚奇的是:僅僅操控單一的microRNA就能夠大大擴展胚胎干細胞的細胞命運決策。這一發現不僅鑒別出了一種能夠調節全能性干細胞的新型機制,還揭示了非編碼RNAs在干細胞命運中的重要性。

         

        此外,這項研究中,研究人員還發現了miR-34a分子和小鼠機體中一類逆轉錄轉座子之間一個意想不到的聯系。逆轉錄轉座子被認為是“垃圾DNA”,很多年來生物學家們推測這類轉座子在機體正常發育期間似乎并沒有用處。但本文研究中研究者發現逆轉錄轉座子似乎和早期胚胎的決策制定之間也存在著密切的關聯。

         

        最后研究者之一Todd MacFanlan說:“目前需要面對的一個重要的問題就是這些逆轉錄轉座子是否能夠作為干細胞發育決策制定的真正驅動因子。”


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