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驱动人类胚胎干细胞行为的核心遗传网络研究

发布时间: 2021-11-24  点击次数: 727次

在人类胚胎发育的最早期阶段,一小部分称之为人类胚胎干细胞(hESCs)的细胞就会协调生长和分化,最终产生高度特异化的人类组织;作为多潜能细胞(机体中每种细胞类型的祖细胞),hESCs是发育和再生生物学家非常感兴趣研究的细胞类型,此前研究人员识别出了驱动hESC的多种基因,但直到最近研究人员才开发出能研究这些基因相关活动的工具。来自布莱根妇女医院等机构的科学家们利用全基因组遗传筛查技术,在hESCs中过表达并失活了数以万计的基因,结果他们发现了一种能同时控制细胞多能性和细胞凋亡准备状态的关键网络,从而就能帮助确保胚胎发育的最佳条件;相关研究结果或能为癌症遗传学研究提供新的见解,并为再生医学研究提供新的方法。

研究者Kamila Naxerova说道,我们所开发的方法或能帮助创建一个针对人类基因组中几乎每个基因的“蓝图",并能确定其过表达或缺失对人类发育的第一步到底会产生怎样的影响;研究者并不会一个接一个地分析基因,而是会同时观察数以千计的基因改变,从而确定其如何影响胚胎干细胞的增殖,以及随后作为人类组织原料的三个生殖层是如何发展的。

阐明人类胚胎干细胞的功能是如何被遗传学所控制的,对于理解发育生物学和再生医学研究都至关重要;本文研究中,研究人员提供了迄今为止对hESCs中基因功能*泛的分析。这篇研究中,研究人员对大约1.8个基因进行敲除并过表达了1.2万个基因,他们注意到了控制多能性或分化潜能的hESC基因锁发挥的*作用。当研究人员剔除一些的基因(包括OCT4和SOX2)时,干细胞竟然会增加对死亡的抵抗力,这就表明,在正常情况下,多能性的调节子或会促进细胞凋亡通路;研究者假设,多能性和严格规范化的细胞死亡之间的遗传性关联或能确保如果干细胞被损伤的话,其就会在胚胎发育早期阶段被破坏,以免影响其后期所分化细胞和组织的功能。

这些相互关联的行为在一种名为SAGA复合体的多能性调节子中表现地尤为明显;研究者发现,在缺失SAGA复合体时hESCs并不太容易发生死亡;此外,SAGA的缺失也会抑制所有三个生殖层(内胚层、中胚层和外胚层)的发育,这就证明为SAGA复合体在一系列hESCs活性中的核心作用。最后研究者观察到,调节三个生殖层形成的多个基因在体细胞中过表达或表达不足时就会转变为促进癌症生长的因素。

除了能为研究癌症的遗传基础提供新的视角外,本文研究中研究人员进行的高通量遗传筛查还能帮助指导未来科学家们所进行的再生生物学研究。研究者表示,遗传筛查能提供一个很好的机会来探索遗传网络如何促进相互作用的细胞行为,比如生长、分化和生存;这种方法还能帮助再生和发育生物学家系统性地绘制出参与特定组织形成的遗传网络,并通过操控这些基因更加有效地通过干细胞分化出多种类型的人类组织。综上,本文研究结果揭示了整合性的多层遗传筛查手段绘制复杂的遗传网络的强大能力





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