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Nature开创性发现:钙调控干细胞活性

生物技术 时间:2020-11-21 19:20:49 作者:莫敖坤
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——研究人员发现细胞内钙离子能形成复杂信号,调控干细胞活性,这一开创性发现开辟了干细胞调控新模式

生物通报道:成体干细胞确保了我们具有源源不断的组织再生能力,但是这些干细胞的活性也需要受到严密监控,以防转变为癌症。那么随着生物机体生长,这种调控平衡是如何完成的呢?这就是干细胞生物学中的一大关键问题,近期来自美国加州Buck研究所的一组研究人员发现了干细胞调控的一种新模式,他们利用果蝇的肠道,发现其中的干细胞能对不同细胞内钙离子信号产生应答,调整它们的增殖活性。

这一研究成果公布在12月2日Nature杂志上,文章的通讯作者Heinrich Jasper指出,这一机制揭示了细胞内钙离子浓度,以及对钙离子变化产生应答的蛋白,都是干细胞活性的一种主调控因子。

肠道中存在的成体干细胞非常活跃,这些细胞会收到许多信号,比如来自饮食,肠道菌群,入侵的细菌,还有一些压力因素。干细胞是进行分化,还是保存实力,以待今后使用呢?Jasper说钙离子敏感基因调控系统能整合这些刺激,通过影响细胞内钙离子浓度的变化来调节肠道干细胞增殖。

“这些发现有助于解释干细胞是如何回应这些不同变化刺激的,”Jasper说,他目前是Buck研究所的首席科学官,“钙离子这一个变量就能整合所有信号,这一发现令人激动,也是干细胞生物学中令人感到惊讶的一种作用机制,将有助于我们理解不同类型的癌症,以及多种退行性疾病。”

实验室成员,博士后邓寒松(Hansong Deng,音译)首先发现了肠道干细胞具有L-谷氨酸受体,膳食中L-谷氨酸也能刺激干细胞分裂,以及果蝇的肠道生长。之后他与Akos Gerencser教授合作,完成了果蝇肠道的活体干细胞成像,结果令人惊讶——他们发现干细胞中的钙离子水平能进行振荡调控,L-谷氨酸能通过触发细胞内钙离子持续增加,而调节干细胞活性,由此确定了钙离子信号的重要意义。

研究表明干细胞中钙离子水平变化并不仅限于对L-谷氨酸的应答,这些细胞对其它刺激,比如感染和组织损伤也会做出应答,而且研究人员也发现通过遗传改变干细胞中的钙离子泵,提高钙离子水平,也会导致强烈的,持续增殖反应。

同时邓博士也发现钙离子激活干细胞是由钙离子敏感蛋白磷酸盐和转录因子执行完成的。研究人员认为这种钙离子对干细胞活性的广泛影响表明,这些细胞是利用细胞内钙离子浓度作为动态信号应答的一个衡量标准。

Jasper说,下一步他们实验室还将进一步探索这种调控系统对疾病干细胞,以及肠道衰老疾病相关干细胞的影响。

L-谷氨酸是体内最丰富天然的氨基酸,参与了许多代谢过程。L-谷氨酸的膳食来源包括牛肉、鸡肉、鱼和鸡蛋,其钠盐也就是味精MSG在该项研究中也使用到了。Jasper表示,这项研究为我们理解添加剂的作用提出了一个有趣的新角度。

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