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Science:一个microRNA分子就能改变胚胎干细胞命运

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1月12日Science上在线报道了来自加州大学伯克利分校的研究人员开发出了对小鼠胚胎干细胞进行重编程的新方法,该方法能够使其表现出像受精卵一样的发育特性。

 

干细胞的多能性与受精卵不同

 

研究者指出,这些全能的干细胞不仅能够产生发育胚胎中所有的细胞类型,还能够产生一些能促进胚胎和母体之间营养交换的细胞。

 

这项研究所创造的新干细胞系将有可能帮助研究人员理解早期胚胎发育过程中的分子决策,同时也将扩展干细胞所产生的组织类型的列表,对于再生医学以及干细胞治疗的开发有重大意义。

 

一个受精卵拥有完全的发育潜能,其能够产生所需的所有细胞类型,包括发育中的胚胎以及额外的胚胎组织。相比较而言,很多胚胎干细胞和诱导多能干细胞往往会因发育潜能而更受限制,能够形成胚胎的细胞类型,但却并不能形成胚外组织。目前,胚胎干细胞收集自培养三天半的小鼠胚胎和培养五天半的人类胚胎。从收集时起,这些干细胞的命运似乎就已经决定了是形成胚胎而非胚外组织,不过新的研究却显示干细胞的命运也是可以被调控的。

 

研究者Lin He教授说:“对胚胎发育的研究更大程度得益于胚胎干细胞的培养系统以及最近诱导多能干细胞的研究发现。这些实验系统能够帮助科学家找到胚胎发育过程中负责特殊细胞命运决策的关键分子途径。但当精子和卵子刚刚结合形成受精卵后的独特发育潜能是非常难研究的,这往往是因为缺少研究材料以及细胞培养实验系统。”

 

他的新研究不仅揭示了调节全能干细胞状态的新分子机制,同时也为进一步研究干细胞的全能性提供了一种强大的细胞培养系统。

 

一个小RNA就能让胚胎干细胞多能性扩展

 

microRNAs是一类小型的非编码RNA分子,其能够调节基因表达。科学家们已经发现有一些microRNA是未分化或已分化的胚胎干细胞所特有的,这些microRNA在动植物体内调控干细胞的特性,对于干细胞的自我更新或维持未分化的状态具有重要的意义。不过这些研究集中在促进干细胞定向分化上面,并未设想居然可以有一个microRNA分子,能将干细胞的多能性返回至受精卵的状态。

 

在这项新的研究中研究人员发现,名为miR-34a的microRNAs分子似乎能够作为一种“制动器”,来防止胚胎干细胞和诱导多能干细胞产生胚外组织,当miR-34a被删除后,上述两种细胞都能够扩展它们的发育决策来产生胚胎细胞类型、胎盘以及卵黄囊。研究人员发现,大约20%缺失miR-34a的胚胎干细胞能够表现出扩展性的潜在命运,此外,这种效应可以在细胞培养液中维持长达一个月。

 

He教授表示让他们非常惊奇的是:仅仅操控单一的microRNA就能够大大扩展胚胎干细胞的细胞命运决策。这一发现不仅鉴别出了一种能够调节全能性干细胞的新型机制,还揭示了非编码RNAs在干细胞命运中的重要性。

 

此外,这项研究中,研究人员还发现了miR-34a分子和小鼠机体中一类逆转录转座子之间一个意想不到的联系。逆转录转座子被认为是“垃圾DNA”,很多年来生物学家们推测这类转座子在机体正常发育期间似乎并没有用处。但本文研究中研究者发现逆转录转座子似乎和早期胚胎的决策制定之间也存在着密切的关联。

 

最后研究者之一Todd MacFanlan说:“目前需要面对的一个重要的问题就是这些逆转录转座子是否能够作为干细胞发育决策制定的真正驱动因子。”


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