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Science封面:发育中的心脏

摘要 : 未来针对衰竭心脏的治疗方法有可能是采用干细胞样细胞及相关的生长因子来再生出心肌。来自宾夕法尼亚大学Perelman医学院的科学家们鉴别出了一种只生成心肌细胞的干细胞样“祖”细胞,由此向着未来迈出了重要的一步。这项研究被选作为封面文章发表在最新一期的《科学》(Science)杂志上。

 

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研究人员一直知道,一直多能祖细胞中的Wnt信号通常可以诱导它们朝着更成熟的细胞类型分化。在心脏和其他组织中,这一过程与另一种蛋白Bmp的活性有关联。Jain和同事们发现在心脏发育过程中,Hopx是一个至关重要的中介,与Smad蛋白一起充当了Bmp抑制Wnt信号的实施者。

对未来的影响

这些研究结果扩展了有关哺乳动物心脏形成机制的基础科学知识,应该会加速这一领域的研究——这不仅仅是因为科学家们现在获得了一个明确的标记物Hopx,他们还可以利用Hopx来分离出专门生成心肌细胞的心肌祖细胞。

这项研究工作还可能加速推动未来开发出一些心脏疗法,其中可能包括将一些心肌祖细胞注入到受损心脏中。在动物模型和人群中采用多能心脏祖细胞或干细胞衍生心肌细胞来治疗受损心肌,这些初期的研究努力已取得了一些成功,但也有一些错误和争议,部分原因就是对心肌细胞的起源知之甚少。

论文的共同第一作者、博士后研究人员Deqiang Li说:“我们真的需要一种心肌细胞特异性的祖细胞,有了这一研究发现我们可以鉴别和纯化出这些祖细胞。”

Jain说:“了解在哪里注定了心肌细胞的命运,相关的信号,以及细胞整合所有信号的机制,将有望使得我们能够推动新型疗法。”

他指出,这些新的治疗方法有可能不仅包括细胞疗法,还包括可植入的生物工程心肌补片。

Epstein说,更为重要的是,了解Hopx和其他因子在胚胎心脏中帮助生成心肌细胞的机制,有可能会促成一些刺激成体细胞生成自身新心肌细胞的药物。他指出,以往有关血细胞发育机制的基础研究促成了诸如红细胞生长因子EPO和白细胞促进因子GM-CSF一类的轰动性药物。

下一步Epstein实验室打算看看在生命早期生成心肌细胞的心肌祖细胞和其他因子,在生命晚期、心脏病发作或其他损伤后是否在某种程度上也这么做。“我们希望通过了解在胚胎中它是如何发生的,我们将占据更有利的位置来找到一些在成体心脏中发挥相似作用的细胞,”Epstein说。

原文标题:Integration of Bmp and Wnt signaling by Hopx specifies commitment of cardiomyoblasts 

原文摘要:Cardiac progenitor cells are multipotent and give rise to cardiac endothelium, smooth muscle, and cardiomyocytes. Here, we define and characterize the cardiomyoblast intermediate that is committed to the cardiomyocyte fate, and we characterize the niche signals that regulate commitment. Cardiomyoblasts express Hopx, which functions to coordinate local Bmp signals to inhibit the Wnt pathway, thus promoting cardiomyogenesis. Hopx integrates Bmp and Wnt signaling by physically interacting with activated Smads and repressing Wnt genes. The identification of the committed cardiomyoblast that retains proliferative potential will inform cardiac regenerative therapeutics. In addition, Bmp signals characterize adult stem cell niches in other tissues wher Hopx-mediated inhibition of Wnt is likely to contribute to stem cell quiescence and to explain the role of Hopx as a tumor suppressor.

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