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實習醫生日記之頑固失眠

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Science:細胞器分配決定著干細胞命運

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摘要:在一項新的研究中研究人員發現這種關鍵性的決定取決于作為微小器官樣結構的細胞器是否在分裂中的干細胞內正確地分配
Science:細胞器分配決定著干細胞命運
圖片來自洛克菲勒大學哺乳動物細胞生物學與發育實驗室/Science
2017年2月12日/生物谷BIOON/---當大多數細胞發生分裂時,它們僅是產生更多的自己。但是負責修復受損組織的干細胞面臨著一種選擇:它們能夠產生更多的新的干細胞,或者分化為皮膚細胞、肝細胞或身體內幾乎任何一種特定細胞類型。

在一項新的研究中,來自美國洛克菲勒大學的研究人員發現這種關鍵性的決定取決于作為微小器官樣結構的細胞器是否在分裂中的干細胞內正確地分配。相關研究結果發表在2017年2月3日那期Science期刊上,論文標題為“Coupling organelle inheritance with mitosis to balance growth and differentiation”。

論文通信作者、洛克菲勒大學羅賓-肯莫斯-諾伊斯坦哺乳動物細胞生物學與發育實驗室(Robin Chemers Neustein Laboratory of Mammalian Cell Biology and Development)主任Elaine Fuchs教授說,“為了讓身體的組織正確地發育和自我維持,干細胞的自我更新和分化必需保持精確平衡。我們的實驗提示著細胞器(在這項研究中,指的是過氧物酶體)的定位和分配在控制這種微妙平衡中發揮著一種意想不到的作用。”

不對稱分裂

作為皮膚的外部,表皮給身體提供一種保護性屏障,而干細胞位于它的內部深處。在發育期間,干細胞發生不對稱分裂,產生兩個子細胞:一個子細胞保持自我更新的能力,仍然停留在內部,而另一個子細胞發生分化,向往遷移,變成表皮外層的一部分。

通過研究發育中的小鼠皮膚,論文第一作者Amma Asare設計出一種方法來鑒定協助指導保持干性的子細胞和發生分化的子細胞處于平衡的基因。一種特定的蛋白Pex11b引起了她的關注。它與過氧物酶體膜結合。過氧物酶體是一種協助食物釋放能量的細胞器。

Asare證實這種蛋白的作用機制似乎是確保過氧物酶體位于合適的位置,因此它們能夠在兩個子細胞之間分配。在缺乏Pex11b的干細胞中,過氧物酶體不能均勻地分配,在一些情形下,一個子細胞獲得全部的過氧物酶體,而另一個子細胞則沒有獲得任何過氧物酶體。對于那些過氧物酶體分布受到破壞的干細胞而言,細胞分裂需要花費更長時間,而且作為分離子細胞遺傳物質的結構,紡錘體并不能夠正確地對齊。

Asare發現剔除干細胞中的Pex11b的最終結果是更少的子細胞能夠分化為成熟的皮膚細胞。

延遲改變命運

這些研究人員隨后利用一種復雜的實驗室技術移動干細胞中的過氧物酶體,獲得的效果也是一樣的。Asare說,“如果在細胞分裂期間,過氧物酶體位于錯誤的位置,那么不論它們如何到達那里,這都會延遲這個分裂過程。”

這種影響對小鼠而言是非常顯著的:如果過氧物酶體定位在干細胞中受到破壞,那么小鼠胚胎不再能夠產生正常的皮膚。

Fuchs說,“盡管已有一些證據提示著細胞器(包括產生能量的線粒體)分布能夠影響細胞分裂的結果,但是我們首次證實這種現象是正確的干細胞行為和組織形成不可或缺的。”(生物谷 Bioon.com)

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原始出處:

Amma Asare, John Levorse, Elaine Fuchs. Coupling organelle inheritance with mitosis to balance growth and differentiation. Science,03 Feb 2017,355(6324), doi:10.1126/science.aah4701.

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Science:細胞器分配決定著干細胞命運
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