Nature子刊：揭示干细胞维持信号

　　

生物通报道  来自美国哥伦比亚大学医学中心（CUMC）的研究人员近日确定了一条调控神经干细胞定位和释放的分子信号通路。这一研究发现为我们提供了关于神经系统正常和异常发育的新见解，有可能最终推动神经系统疾病和损伤的再生治疗。相关研究论文发布在4月22日的《自然细胞生物学》（Nature Cell Biology）杂志上。

近期的一些研究表明干细胞定位在特殊的微环境中。新研究再次验证和支持了上述观点。“从这项研究中，我们知道当干细胞脱离它们的微环境，这些细胞就会丧失干细胞的特性，开始分化形成特异的细胞类型，”文章的共同资深作者、哥伦比亚大学医学中心病理学和神经学教授Antonio Iavarone博士说。

“然而，研究人员对于调控干细胞与微环境互作的信号通路却一直不清楚，”文章的共同资深作者、哥伦比亚干细胞研究组织成员、哥伦比亚大学医学中心病理学和儿科学副教授Anna Lasorella博士说。

在大脑中，干细胞微环境定位于脑室附近的区域。微环境中的神经干细胞（NSCs）受到严格的调控，以确保在储备充足供应的同时，能释放足够的细胞填充大脑特定区域。

在过去的研究中，Iavarone 和asorella博士发现一种称为Id（分化抑制子）蛋白，调控了各种干细胞的特性。为此，他们在当前的研究中确定了Id蛋白维持干细胞特性的机制。

研究人员构建出一种遗传工程修饰小鼠品系。这些小鼠的神经干细胞中Id蛋白被沉默或敲除。在缺失Id蛋白的情况下，小鼠在出生后24小时内死亡。它们的大脑显示显著降低的神经干细胞增殖能力，其干细胞群明显减少。

研究来自这一品系小鼠的神经干细胞揭示Id蛋白直接调控了一种称为Rap1GAP的蛋白质的生成，转而调控了细胞粘附主要调控因子Rap1。研究人员发现Id-Rap1GAP-Rap1信号通路对神经干细胞附着于微环境及神经干细胞维持起至关重要的作用。Iavarone 博士说：“可能还有其他的信号通路参与，但我们相信这是关键的一条信号。我们有充足的理由相信它在其他类型的干细胞也发挥作用，我们的实验室正在对这一问题开展研究。”

Lasorella博士补充说：“这是一个新的概念。在此研究之前，普遍的观点认为神经干细胞受到微环境组成元件的调控，想象上认为是通过释放诸如细胞因子等化学诱导剂。然而，我们的研究结果表明干细胞特性是依赖于这一机制。”

在将这些研究发现应用到临床前还有大量的研究需要开展。Iavarone博士说：“多个研究表明神经干细胞可对缺血性中风或神经退行性疾病等造成的创伤生成反应。如果我们能够了解如何操纵这些决定干细胞命运的信号，未来我们就有可能能够控制神经干细胞特性达到治疗目的。”

“另一方面，还需确定Id蛋白是否也参与维持了大脑癌干细胞的干细胞特性。事实上，正常干细胞和癌干细胞共享特性和功能。因为癌干细胞难于治疗，鉴别这些信号或可促使开发出更有效的恶性脑肿瘤治疗。”

纽约长老会医院/哥伦比亚大学医学中心的赫伯特欧文综合癌症中心主任Stephen G. Emerson说：“了解促使干细胞分化形成成熟细胞的信号可能最终导致更有效、毒性作用更小的癌症治疗。这一漂亮的研究开辟了一个完全意想不到的方式来思考脑肿瘤的治疗。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Id proteins synchronize stemness and anchorage to the niche of neural stem cells

Stem-cell functions require activation of stem-cell-intrinsic transcriptional programs and extracellular interaction with a niche microenvironment. How the transcriptional machinery controls residency of stem cells in the niche is unknown. Here we show that Id proteins coordinate stem-cell activities with anchorage of neural stem cells (NSCs) to the niche. Conditional inactivation of three Id genes in NSCs triggered detachment of embryonic and postnatal NSCs from the ventricular and vascular niche, respectively. The interrogation of the gene modules directly targeted by Id deletion in NSCs revealed that Id proteins repress bHLH-mediated activation of Rap1GAP, thus serving to maintain the GTPase activity of RAP1, a key mediator of cell adhesion. Preventing the elevation of the Rap1GAP level countered the consequences of Id loss on NSC–niche interaction and stem-cell identity. Thus, by preserving anchorage of NSCs to the extracellular environment, Id activity synchronizes NSC functions to residency in the specialized niche.