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Your Good Partner in Biology Research

謝亭教授Nature揭示干細胞特化機制

日期:2014-08-08 09:07:59


 

果蠅到人類成年生物體中都包含有成體干細胞,其中一些通過細胞分裂進行細胞更新,另一些則分化為替代耗損或損傷器官及組織的特化細胞。

 

了解在成體干細胞中控制自我更新和分化平衡的分子機制,是開發出一些治療方法實現病變、受損或老化組織再生的重要基礎。

 

在新一期的《自然》(Nature)雜志上,來自Stowers醫學研究所的科學家們報道稱,發現兩個蛋白BamCOP9之間的競爭平衡了果蠅卵巢生殖干細胞germline stem cells GSCs)的自我更新和分化功能。

 

論文的資深作者、Stowers醫學研究所研究員謝亭(Ting Xie)博士說:“Bam是果蠅雌性生殖干細胞系統的主要分化因子。為了完成從自我更新到分化的轉換,Bam必須失活一些自我更新因子的功能,以及激活一些分化因子的功能。”

 

Bam在果蠅的分化細胞中呈高水平表達,而在生殖干細胞中則以極低的水平表達。COP9 signalosome (CSN)Bam靶向的自我更新因子之一,這一進化保守的多功能復合物包含8個蛋白質亞基(CSN1- CSN8)。謝亭和他的合作者們發現,Bam以及稱作為CSN4COP9亞基在調控雌果蠅生殖干細胞的命運上發揮相反的功能。

 

通過分離和對抗CSN4Bam可將COP9的功能從自我更新切換至分化。謝亭說:“Bam直接結合CSN4,通過蛋白質競爭阻止了它與其他的7COP9組件結合。CSN4是唯一一個能夠與Bam互作的COP9亞基。”

 

謝亭說:“這項研究提供了Bam實現從自我更新轉換至分化的一條新途徑。”謝亭實驗室結合遺傳學、分子、基因組和細胞生物學方法來調查了果蠅的生殖干細胞和成體干細胞。

 

在這篇Nature論文中,謝亭實驗室還報告稱CSN4也是8個亞基中唯一未參與雌性果蠅生殖干細胞分化的亞基。“對于CSN4和其他CSN蛋白相反的效應,一種可能的解釋是Bam分離CSN4,使得其他的CSN蛋白具有促分化功能,”謝亭說。

 

“作為一種研究成體干細胞的強大模型系統,果蠅雌性生殖干細胞揭示出了許多新的調控策略,在隨后我們證實了它們是普遍成立的,”論文的共同第一作者、堪薩斯大學醫學中心解剖學和細胞生物學系研究生Su Wang說。

 

謝亭說,在未來的研究中他希望能夠鑒別出一些使得具有CSN4COP9能夠促進生殖干細胞自我更新,以及沒有CSN4COP9能夠促進分化的分子機制。

 

發表在Nature上的這些研究結果是建立在謝亭實驗室以往了解影響生殖干細胞自我更新和分化分子機制的研究基礎上。以往該實驗室發現了Bam是抑制E-cadherin表達的必要條件,E-cadherin是一種將成體干細胞與它們的組織微環境連接到一起,促進生殖干細胞自我更新的細胞間粘附分子。

 

謝亭實驗室還證實,Bam失活了另一個生殖干細胞自我更新促進因子eIF4A的功能,eIF4A在基因表達中起作用。謝亭指出,其他實驗室的一些研究揭示出Bam還抑制了Nanos蛋白的表達。像COP9一樣,Nanos 被視作對雌性果蠅中建立和維持自我更新生殖干細胞至關重要。