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Science:细胞起源新理论

标签:哺乳动物 神经
摘要 : 世界上显著的哺乳动物特征都起源于称作为神经嵴细胞的一小群强大的细胞,但目前对于它们的起源却知之甚少。现在西北大学的科学家们提出了神经嵴细胞及脊椎动物在5亿多年前出现的一种新模型。

 世界上显著的哺乳动物特征都起源于称作为神经嵴细胞的一小群强大的细胞,但目前对于它们的起源却知之甚少。现在西北大学的科学家们提出了神经嵴细胞及脊椎动物在5亿多年前出现的一种新模型。

研究人员报告称发现,不同于随着胚胎发育潜力逐渐受限的其他早期胚胎细胞,神经嵴细胞维持了控制多能性的分子基础——能够生成构成机体的所有细胞类型。

研究的领导者、进化分子生物学家Carole LaBonne说:“这项研究提供了有关人类和其他哺乳动物进化起源深刻的新见解。它也提供了干细胞包括癌症干细胞分子回路至关重要的一些新信息。”

LaBonne说,再生医学科学家现在为未来开展旨在利用干细胞能力治疗人类疾病及先天缺陷的研究,获得了一个最新的框架。这项研究还颠覆了传统的观点。过去科学家们认为神经嵴细胞是通过进化才获得了它们惊人的特性,但西北大学的研究表明这种能力一直存在。研究人员现在将焦点放在了神经嵴细胞避开潜能限制的分子机制上。

利用爪蟾的胚胎来开展研究,LaBonne和研究小组发现神经嵴细胞与囊胚期胚胎中的早期多能细胞惊人相似,包括共享了一组关键基因的表达,这些基因协同作用赋予了细胞独特的特性。

LaBonne说:“神经嵴细胞的潜力从不受限。我们认为是有一小群早期干细胞被搁置在了一旁,时间到了它们的巨大发育潜力才释放出来构建出了哺乳动物独有的一些新特征。”

在5亿多年前获得神经嵴细胞,脊椎动物形成了一些重要的新特征,例如有了容纳复杂大脑的颅骨,用于捕食的颌,复杂的周围神经系统以及脊椎动物身体必需的许多其他细胞类型。

在新研究中,LaBonne和她的研究小组研究了早期胚胎细胞利用来促进多能性(干性)的遗传工具箱,并将之与神经嵴细胞的进行了比较。他们发现神经嵴细胞也利用了多能囊胚细胞采用的工具箱,并证实它对于两种细胞类型多能性至关重要。源自这一工具箱的蛋白质协同作用使得单细胞生成了一系列令人眼花缭乱的组织。

其中一种蛋白Snail1一直是以往LaBonne实验室的研究焦点。她们和其他的研究人员曾证实Snail1不仅发挥关键作用控制了神经嵴细胞的巨大发育潜能,还控制了它们的迁移及侵袭行为能力。

LaBonne说,癌细胞利用了Snail1和其他神经嵴调控蛋白的功能,来形成癌症干细胞及介导转移过程,癌细胞借此扩散至身体各处而形成新肿瘤。研究人员通过在发育胚胎中研究Snail1功能而获得了其在癌症中作用的一些新见解。

过去认为在早期的囊胚期胚胎中,只短暂存在多能细胞,随着胚胎发育细胞受到限制变为胚层细胞类型,然后成为特化细胞类型。西北大学的研究表明,在这些早期阶段并非所有细胞都受到限制。相反,由一个囊胚细胞亚群进化生成的神经嵴细胞保留了多能性潜在调控网络活性。

这项研究突显了关于胚胎发育还有很多有待去发现。人体10万亿的细胞精巧地组织成了错综及高度复杂的组织和器官,而这一切都是由单个细胞——卵细胞自组装而成。

LaBonne说:“这是一个迷人的过程。生物的重大前沿之一就是要了解错综复杂的事物产生的机制,以及它是如何进化构建出达尔文所说的‘无尽形态美的。”

原文链接:

Shared regulatory programs suggest retention of blastula-stage potentialin neural crest cells

原文摘要:

Neural crest cells, unique to vertebrates, arise in the ectoderm but can generate cell types typically categorized as mesodermal. This broad developmental potential persists past the time when most ectoderm-derived cells become lineage restricted. The ability of neural crest to contribute mesodermal derivatives to the bauplan has raised questions about how this apparent gain in potential is achieved. Here we describeshared molecular underpinnings of potency in neural crest and blastula cells. We show that in Xenopus, keyneural crest regulatory factors are also expressed in blastula animal pole cells and promote pluripotency inboth cell types. We suggest that neural crest cells may have evolved as a consequence of a subset ofblastula cells retaining activity of the regulatory network underlying pluripotency.

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