神經(jīng)元如何成為神經(jīng)元?它們都起始于胚胎干細胞,即未分化的有潛力變成體內任何一種細胞的干細胞。
然而,在此之前,這是如何精確發(fā)生的在某種程度上是一個(gè)科學(xué)秘密。如今,在一項新的研究中,美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校神經(jīng)科學(xué)家們破解出胚胎干細胞分化為神經(jīng)元和其他類(lèi)型細胞之前發(fā)生的一些早期變化。
通過(guò)研究盤(pán)碟中的人胚胎干細胞,加州大學(xué)圣巴巴拉分校博士后研究員JiwonJang發(fā)現一種新的途徑在細胞分化中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。相關(guān)研究結果于2016年3月24日在線(xiàn)發(fā)表在Cell期刊上,論文標題為“PrimaryCilium-Autophagy-Nrf2(PAN)AxisActivationCommitsHumanEmbryonicStemCelltoaNeuroectodermFate”。
論文通信作者、加州大學(xué)圣巴巴拉分校分子、細胞與發(fā)育細胞學(xué)系KennethS.Kosik教授說(shuō),“Jiwon的發(fā)現是非常重要的,這是因為它提供我們對胚胎干細胞工作方式和它們開(kāi)始經(jīng)歷分化方式的基本理解。對這個(gè)領(lǐng)域而言,這是一個(gè)非?;镜牡耙恢辈⑽礊槿藗兯J識的知識。”
當人胚胎干細胞開(kāi)始分化時(shí),它們形成有潛力變成腦細胞(如神經(jīng)元)的神經(jīng)外胚層(neuroectoderm);或者最終變成組成器官、肌肉、血液和骨組織的細胞的中內胚層(mesendoderm)。
Jang發(fā)現了被他和Kosik稱(chēng)作PAN(Primarycilium-Autophagy-Nrf2,即初級纖毛-自噬-Nrf2)軸的途徑中的一些步驟。這種新鑒定出的途徑似乎決定著(zhù)胚胎干細胞的最終命運。
Jang解釋道,“PAN軸在胚胎干細胞命運決定中發(fā)揮著(zhù)非常重要的作用。細胞周期G1階段時(shí)間延長(cháng)誘導纖毛突出,而且這些細胞觸須暴露的時(shí)間越長(cháng),它們能夠收集的信號越多。”
一段時(shí)間以來(lái),科學(xué)家們就已了解G1階段,但是他們并不清楚它在胚胎干細胞分化中的作用。Jang的研究證實(shí)在變成神經(jīng)元的胚胎干細胞中,延長(cháng)G1階段會(huì )觸發(fā)一系列事件,從而導致胚胎干細胞分化為神經(jīng)外胚層。
在G1階段延長(cháng)時(shí),細胞產(chǎn)生初級纖毛,即能夠檢測它們所在環(huán)境的觸須狀突起。這種初級纖毛激活細胞自噬過(guò)程中的垃圾處理系統。
另一種重要因子是Nrf2,它監控細胞中的諸如自由基之類(lèi)的危險分子,這也是健康細胞產(chǎn)生的一種特別重要的任務(wù)。
Kosik說(shuō),“Nrf2好比是細胞的衛士,它確信細胞正常地發(fā)揮功能。Nrf2在胚胎干細胞中的水平非常高,這是因為干細胞非常重要。如果沒(méi)有Nrf2監控基因組完整性,那么未來(lái)的后代細胞就會(huì )陷入麻煩。”
Jang的研究證實(shí)在延長(cháng)的G1階段期間,Nrf2水平開(kāi)始下降。Kosik注意到,這一點(diǎn)很重要,這是因為Nrf2通常不會(huì )下降直到干細胞已開(kāi)始分化時(shí)。
Jang說(shuō),“我們曾認為,在相同條件下,如果干細胞是相同的,那么它們將以相同方式分化,但是這并不是我們所發(fā)現的情形。細胞命運是由G1階段延長(cháng)---這會(huì )延長(cháng)初級纖毛暴露于它們的環(huán)境信號---控制的。這是種不錯的想法。”
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