科學家首次在幹細胞“忘記過去”領域有了新的突破

我們知道幹細胞很強大,它具有發育成體內任何特定細胞的潛能,相當於人體細胞的源頭。在生物學上,幹細胞代表了一類具有無限的或者永生的自我更新能力的細胞,它的幻化能力實在太強了,研究表明它至少能夠產生一種類型的、高度分化的子代細胞!

科學家首次在幹細胞“忘記過去”領域有了新的突破

但是通過幹細胞發育成的細胞都有一些差異,儘管這些細胞都是來源於幹細胞,並且都含有相同的遺傳物質,但是這種差異引起了科學家的興趣。研究表明,細胞之間的差異僅取決於哪些基因被“開啟”,也就是功能。現在,研究人員對基因是如何開啟和關閉的,以及細胞是如何在發育成體內特定細胞的過程中“忘記過去”有了新的認識。這一新知識對於幹細胞治療和潛在的癌症治療將是至關重要的。

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但是幹細胞的潛能也引起了科學家的重點關注,尤其是科學家想知道到底幹細胞會何時以及如何喪失發育成任何細胞的潛力。細胞如何緩慢地從一種狀態發展到另一種狀態是理解多細胞生物中細胞行為的關鍵。幹細胞研究人員認為這是至關重要的,這就是為什麼科學家不斷嘗試改進技術,將人體最基本的細胞發展成各種特定類型的細胞,這些細胞可以用來再生受損組織。然而,到目前為止,研究使細胞轉換身份所需的信號是極其困難的,因為使培養皿中的所有細胞同時做同樣的事情是非常困難的。

現在,來自哥本哈根大學諾和諾德基金會幹細胞生物學中心(DanStem)的研究人員已經發現了幹細胞是如何喪失這種潛能,或者說他們已經發現幹細胞是如何“忘記過去”的。這就要提到轉錄因子的作用,轉錄因子是一個能與特異DNA序列結合的蛋白,它可以單獨或與其他蛋白形成複合體,提高或阻斷特性基因對RNA聚合酶的招募,調控著基因的表達。轉錄因子特點是它包含一個或多個DNA結合域,通過這些結合域與基因附近的DNA序列結合,從而完成調控。

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而事實證明,這種被稱為轉錄因子的蛋白質所起的作用比科學家們想象的要大得多。30年來,人們一直認為轉錄因子是基因表達的開關,通過打開和關閉基因來觸發這些變化。然而,發表在《自然》雜誌上的新研究結果揭示了一些完全不同的東西。

新研究表明,轉錄因子可能更類似於控制細胞的記憶。只要轉錄因子是連接到一個基因,該基因就可以讀取,但細胞所接收到的外部信號似乎決定了是否開啟或關閉這個基因。一旦轉錄因子“離開”,這些細胞便再也不可以回到原來的樣子。於是研究人員開發了一個幹細胞模型來模擬細胞對信號的反應,並首次使用它來精確地確定一個基因在對幹細胞信號的反應中被打開和關閉的事件序列。

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這些結果令人驚訝。因為在此之前,細胞轉錄過程的序列並不能像本研究中那樣精確地測量,但其基本原理是,轉錄因子包含了啟動單個基因轉錄所必需的開關。但對於胚胎幹細胞和其他類型的細胞,情況就不同了。“轉錄因子仍然是一個關鍵信號,但它們並不像之前認為的那樣可以驅動這一過程。只要它存在,基因就可以被讀取,並且在讀取基因之後,它們會保持一段時間。當它們消失後,可以讀取基因的窗口可以再次關閉,就像蒸汽一樣慢慢消散。

這一發現改變了分子生物學的基本假設。這些新的研究結果對研究幹細胞和癌症生物學的研究人員尤其重要。它們為細胞如何發育、發育過程中所涉及的途徑如何決定細胞何時變化以及何時到達不可逆點提供了新的見解。

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