在一項新的研究中，來(lái)自加拿大多倫多大學(xué)生物材料與生物醫學(xué)工程研究所和唐納利中心的研究人員發(fā)現一群稱(chēng)為“精英（elite）”的細胞在將分化細胞轉化為干細胞中起著(zhù)關(guān)鍵作用。這一發(fā)現對再生醫學(xué)具有重要意義。相關(guān)研究結果于2019年3月21日在線(xiàn)發(fā)表在Science期刊上，論文標題為“Cell competition during reprogramming gives rise to dominant clones”。
干細胞具有轉化為特化細胞（比如肺細胞和腦細胞）的能力。干細胞在胚胎中很常見(jiàn)，但是在過(guò)去的15年中，一種稱(chēng)為細胞重編程的技術(shù)使得科學(xué)家們能夠將成熟細胞轉變回所謂的誘導性多能干細胞（iPSC），iPSC具有發(fā)育成任何細胞類(lèi)型的能力。
雖然細胞重編程得到了很好的理解，但是人們對單個(gè)重編程細胞在細胞群體環(huán)境中行為的復雜性知之甚少。在這項新的研究中，論文通訊作者、大多倫多大學(xué)教授Peter Zandstra及其團隊發(fā)現一組細胞似乎在重編程方面具有競爭優(yōu)勢。
Zandstra團隊使用了從小鼠皮膚中提取出的細胞，即小鼠胚胎成纖維細胞（MEF）。他們使用DNA條形碼技術(shù)為每個(gè)MEF提供一種獨特的標簽，這樣就可在重編程期間追蹤單個(gè)細胞，并將它們與其親本細胞群體相關(guān)聯(lián)在一起。他們還使用計算建模來(lái)幫助理解產(chǎn)生的復雜數據并進(jìn)行隨后在實(shí)驗室中加以測試的預測。
Zandstra團隊發(fā)現，在重編程一周后，高達80％的原始細胞被清除了。在遭受應激的重編程過(guò)程中，僅一小部分親代細胞足以增殖它們的克隆并轉變?yōu)楦杉毎?。雖然這些細胞與它們的兄弟姐妹細胞具有相似的基因組成和外觀(guān)，但是它們的更高適應性使得它們能夠產(chǎn)生更多的后代細胞，也就是說(shuō)，以更高的頻率進(jìn)行自我克隆。Zandstra團隊稱(chēng)這些細胞為“精英克?。?/span>elite clone）”。
論文共同第一作者、在唐納利中心完成博士研究的Nika Shakiba說(shuō)：“從廣義上講，細胞適應性（cell fitness）是指細胞直接或間接地與它的鄰近細胞進(jìn)行競爭的能力?！?/span>
“存在直接清除，即一個(gè)細胞能夠吞噬另一個(gè)細胞或釋放出觸發(fā)另一個(gè)細胞死亡的化學(xué)物。但也存在間接競爭，即細胞在培養皿中競爭有限的營(yíng)養物和空間。這類(lèi)似于生態(tài)學(xué)中的競爭?！?/span>
這項新發(fā)現觸及了干細胞界的一場(chǎng)爭論。一些科學(xué)家認為，所有細胞都具有重編程為胚胎干細胞樣狀態(tài)的能力，而另一些科學(xué)家認為僅一小部分特定細胞具有這種精英能力。Shakiba說(shuō)，雖然雙方都有證據，但是這項新的研究支持后者的解釋。
她說(shuō)：“（我們的研究）挑戰人們從克隆動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)觀(guān)察重編程現象——組成多細胞群體的克隆是如何競爭的，以及這種競爭如何影響整個(gè)細胞群體?！?/span>
Zandstra團隊與唐納利中心的分子遺傳學(xué)教授Derek van der Kooy進(jìn)行合作。通過(guò)使用由論文共同第一作者Ahmed Fahmy開(kāi)發(fā)的一種小鼠模型，這些研究人員能夠找到具有“精英克隆”性質(zhì)的MEF細胞譜系。這些細胞來(lái)源于胚胎中的稱(chēng)為神經(jīng)嵴的的一部分，神經(jīng)嵴在皮膚細胞、神經(jīng)元和平滑肌細胞的發(fā)育中起關(guān)鍵作用。這些研究人員猜測神經(jīng)嵴細胞“命中注定要保持適應性”。
Shakiba說(shuō)：“它們很幸運，因此它們在重編程比賽中占據了先機。通過(guò)更早地達到預編程狀態(tài)，它們將比競爭對手更快地發(fā)生分裂。在經(jīng)過(guò)幾代分裂之后，最初的領(lǐng)先優(yōu)勢變得更大?！?/span>
這些研究結果對再生醫學(xué)也具有重要意義。Shakiba說(shuō)：“讓我們說(shuō)一下，我們想要將干細胞群體注入體內以便讓心臟再生。這些被注入體內的細存活下來(lái)并整合到天然組織中的能力取決于這些細胞的競爭能力，即適應性。除非我們對這些細胞如何競爭——不僅是它們彼此之間如何競爭，而且還是它們如何與組織中的內源性細胞競爭——有所了解和認識，不然我們無(wú)法真正預測或控制它們在體內會(huì )做什么?！?/span>
Zandstra說(shuō)：“我真地對這項研究感到非常興奮，這是因為它教會(huì )了我們一些新的基礎知識。最終，它告訴我們，細胞競爭是一種可控制的參數，該參數可經(jīng)設計后影響動(dòng)態(tài)再生過(guò)程的結果?！?/span>
來(lái)源：生物谷
（原標題：Science：并非所有的干細胞都是生而平等的）
