來自美國斯坦福大學醫(yī)學院和霍華德休斯醫(yī)學院的研究人員近期研發(fā)出了一種新方法，能模擬正常細胞空間環(huán)境的信號傳導。
利用這種方法，研究人員發(fā)現在人類胚胎干細胞細胞膜上有一種“現在進行分裂”信號，這種信號的位置能調控細胞平面分裂開始的位置。而且這也決定了兩個子細胞中哪一個將保持干細胞特性，用于替換或修復受損組織。
這項研究提出了一種的，實時觀測的方法，能解析了一個單干細胞在決定何時和如何進行分裂，以及其子細胞將會變成什么。而且這也不僅局限于干細胞。
“在機體中，每個細胞可能都是在不同方法生長并分化的，”文章的通訊作者，發(fā)育生物學教授 Roeland Nusse說，“如果沒有這個指導，特異性細胞將會出現在錯誤的地點?，F在，我們可以實時研究單個哺乳動物細胞的分化，觀察它們是如何有方向性的分裂和分化的。”
了解這種自我更新和分化的過程，對于未來切實掌握干細胞用于臨床治療至關重要。而且細胞極性，或者說是分辨頂端和低端，右邊和左邊的能力，也是了解其它許多生物學進程的關鍵所在。比如說，頭發(fā)是朝著外部生長的，而不是朝著體內生長的。
干細胞具有*的特性——既能自我更新，又能產生分化成各種細胞類型的祖細胞，一個單干細胞可以分裂為兩個新的干細胞，這一過程被稱為非對稱分裂，會產生一個干細胞和一個祖細胞。原來的母細胞變成了兩個新的子細胞，這種方法能確保干細胞在發(fā)育或傷口愈合期間不會被耗盡。
不過當這些細胞在實驗室中生長的時候，情況就不同了，研究人員通常會選擇一些偏向性生長條件：自我更新或分化成特殊細胞類型。這些生長或分化的信號會同時影響所有的細胞，就不可能檢測出這些信號的位置如何以及是否會影響zui終結果了。
這項研究中，研究人員檢測了一種稱為Wnt3a的蛋白，對人胚胎干細胞的影響，Wnt3a在胚胎發(fā)育與干細胞生長維持方面扮演了重要角色。干細胞表面有許多Wnt蛋白的受體，而Wnt3a能促進幾種類型的干細胞的自我更新，而不是分化。
研究人員將Wnt3a蛋白分子與一種微小的合成珠連接在一起，然后將其與胚胎干細胞一道培養(yǎng)。然后觀察隨著時間的推移，這些細胞與Wnt3a蛋白相互作用的情況。
結果顯示這種方向性信號的作用十分明確，75％的干細胞朝著十分特異的方向開始進行了分裂，分裂面垂直于信號所在位置。研究人員還發(fā)現，靠近Wnt3a信號的子細胞表達的蛋白，表明其仍然具有多能性，或者說是干性，而離得遠的子細胞則開始進行分化。
研究人員推測，這種距離信號的遠近引起了子細胞功能的區(qū)別。“我們發(fā)現這兩個過程：分裂和分化是相互耦合的，”Nusse說，“當然在現實生活中，細胞要同時接觸很多信號。但通過分析一種蛋白，一個細胞，我們能清楚的了解到，細胞的分裂與Wnt信號來源是對應的，一個靠近信號的子細胞保持著多能性，而遠一些的則會分化。”
下一步研究人員將在其它干細胞類型中進行深入探訪，也將針對影響細胞極性的其它元件的突變細胞進行分析。
