華南理工高平課題組揭示線粒體動態(tài)平衡對干細胞胚胎發(fā)育潛能的決定性作用
近日，華南理工大學高平課題組、中國科學院動物所周琪課題組以及中國科學技術(shù)大學張華鳳課題組聯(lián)合在國際著名期刊Cell Metabolism在線發(fā)表題為“Mitochondrial dynamics is critical for the full pluripotency and embryonic developmental potential of pluripotent stem cells”的論文，揭示線粒體動態(tài)平衡對干細胞胚胎發(fā)育潛能的決定性作用。論文的第一作者是華南理工大學醫(yī)學院、華南理工大學附屬第二醫(yī)院的鐘秀穎博士。高平教授、周琪教授和張華鳳教授為本文的共同通訊作者。
該研究在世界上首次報道了線粒體動態(tài)平衡在調(diào)控干細胞全能性及細胞命運決定中的重要作用，加深了對于體細胞重編程和胚胎發(fā)育過程的理解，有重大的理論意義和潛在的應(yīng)用前景。
全能干細胞具有無限自我復(fù)制能力，并可以分化成所有類型體細胞、進而發(fā)育成完整生物體。2006年，Yamanaka等通過體細胞重編程技術(shù)成功地將已經(jīng)分化的細胞轉(zhuǎn)變?yōu)檎T導(dǎo)型全能干細胞。2009年，中國科學院動物所周琪團隊在Nature上報道利用四倍體補償技術(shù)成功獲得由iPS細胞發(fā)育成的小鼠，直接證實iPS細胞具有分化發(fā)育為個體的潛能。有趣的是，他們同時發(fā)現(xiàn)，除了可發(fā)育為生物個體的全能性iPS細胞之外，體細胞重編程過程中確實會產(chǎn)生無法發(fā)育成為成熟個體的部分全能性iPS細胞。此后，雖然在干細胞全能性維持、分化調(diào)節(jié)方面取得了很多成就，但決定干細胞具備真正全能性的關(guān)鍵因素及其調(diào)控機制仍不明了。
? 本課題研究人員通過比較可發(fā)育為生物個體的iPS細胞以及具備部分全能性但無法發(fā)育成個體的的iPS 細胞，發(fā)現(xiàn)調(diào)控線粒體分裂的相關(guān)基因在部分全能性的iPS 細胞中異常高表達，從而導(dǎo)致這種細胞的線粒體呈現(xiàn)短小且內(nèi)部結(jié)構(gòu)混亂的“過度分裂”狀態(tài)。研究人員進一步在具備不同發(fā)育潛能的iPS及ES細胞中改變線粒體分裂相關(guān)基因的表達，證實線粒體過度分裂會影響其在體外的分化潛能。重要的是，將基因改造過的干細胞植入代孕小鼠子宮內(nèi)，用四倍體補償實驗成功驗證了發(fā)生線粒體過度分裂的干細胞無法發(fā)育得到小鼠個體。機制研究發(fā)現(xiàn)，線粒體過度分裂會使得胞內(nèi)鈣離子水平升高，進而通過激活CaMKII，導(dǎo)致β-Catenin蛋白的降解，從而影響干細胞的分化潛能和胚胎發(fā)育過程。
該研究得到了科技部、國家自然科學基金、中國科學院以及廣東省引進創(chuàng)新團隊等項目的資助。（圖文轉(zhuǎn)自華工新聞網(wǎng)）
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