揭示干细胞发育命运的新方法

　　

生物通报道：俄亥俄州立大学生化学家最近发明出一种新方法，能够鉴别出指挥干细胞完成分化命运的DNA结合转录因子（DNA-binding transcription factors）。研究详细内容刊登于本周PNAS。

这项以小鼠胚胎脊髓为模型的实验，是弄清干细胞行为机制的第一步。“如果你手中有张接线图，在汽车出现问题时能够轻松搞定，”OSU生化和生物物理学副教授Michael Gross说，这也是我们做此实验的原因，除了修复或者制造某种细胞外，你需要对这些过程了如指掌。

尽管在广义上，细胞发育过程已经清晰，但是控制这些过程的生化细节仍不清楚。整体过程难以想象的复杂，含有许多拼接和“组合的相互作用。”这些包括引发特定基因表达的机制，换句话说，在数千种可以指导细胞向不同方向分化的基因中，只有一小部分在特定类型细胞中被激活、发挥作用。另外，新形成的细胞需要按照特定方式重排，执行生物学功能。

实验合作者、OSU药理学副教授Chrissa Kioussi说很明显，细胞发育命运，比如一个细胞成为肝细胞而不是脑细胞，需要一些基因的开启和另一些基因的关闭。利用微列阵对比系统，监控基因的表达情况，有助于弄清这些过程的工作机制以及发育模式的形成方式。”

实验以小鼠胚胎脊髓为模型，当然相同的过程在所有器官和系统中的发育过程中都出现。研究人员鉴定各种类型脊髓细胞发育过程所涉及的一组基因——脊髓中只有10－100种细胞。在胚胎发育早期，通过模式形成（pattern formation）机制，这些细胞能够很快产生，然后在中枢神经系统形成功能性神经通路时慢慢成熟。

弄清模式形成机制对于最终利用干细胞进行医学研究和疾病治疗至关重要。研究人员的理想是研制出一种“转录网络模型”（transcriptional network model），以刺激模式形成过程中所有的复合体和相互作用步骤。

模式形成的大部分步骤发生在胚胎发育最早期的极短暂时间内。比如说，小鼠所有的细胞类型在胚胎发育的头12天（人类相应的是妊娠头三个月）即已完成，遗传机制指导DNA的翻译过程，控制不同类型细胞的形成。各种细胞在“组装”成为有功能的器官和系统之前即已存在。

人类也具有相似的基本过程。实际上，这种过程是生命重要的、基本环节，在数百万年的进化过程中必须是保守的，广泛存在于脊椎动物中。充分掌握模式形成过程，在遇到脊髓损伤后，可以通过控制干细胞发育命运得到新的脊髓细胞。“分子医学”领域是当今发展速度最快的一个领域，有可能治愈某些在今天看来是绝症的疾病。

“不清楚分子疾病的分子机制，很难治愈疾病，” Gross 说，“这也是我们现在努力的方向，我们已经掌握了模式形成过程中的几种关键成分。”（生物通记者 小粥）