研究表明细胞可塑性的新见解

研究人员一直认为,一旦细胞开始分化的路径,成长为一个皮肤细胞或肝细胞或神经元,这条道路是不能改变的。

但在过去的二十年里,科学家们已经意识到这个途径更为复杂。现在,利用斑马鱼作为模型,密歇根大学的一个研究小组发现,在体内循环的mitochondria-organelles细胞内产生能量的尸体可能允许细胞撤退差异化的道路。他们的研究结果发表在美国国家科学院院刊》上。

“细胞命运和分化是类似于高山上流下的球。球是干细胞。干细胞分裂成为祖细胞,这将成为未来皮肤、神经、肝脏、肌肉细胞。球只有从上坡下坡跑很长一段时间,”密歇根大学教授Cunming段说的分子、细胞和发育生物学和神经科学的本科项目的主任。

“人们还认为这是真正的成人组织再生。如果你削减你的皮肤或肌肉受伤,他们的想法是,有一群成人干细胞做同样的事情:他们一个球滚下山。但在过去的几十年里,研究人员表明,过于简单。”

段说,现在研究人员理解,细胞可以穿过山,成为一个不同的细胞类型和细胞可以回到山上,成为一个前驱细胞产生更多的细胞。例如,在人类胰腺,α细胞产生一种叫做胰高糖素的激素。胰腺产生胰岛素的β细胞。但α细胞可以成为β细胞。

细胞也可以去分化如果他们强调或受伤。例如,如果一个β细胞去分化,成为先驱细胞和产生更多健康的β细胞。

最近的研究表明,去分化并不是独特的:许多完全分化的细胞可以回滚上山如果你伤害组织,段说。癌细胞也显示这种可塑性,使治疗的能力。

但以前的研究理解去分化的过程都是在人工系统,段说。你不能手术的一部分鱼取出心脏或停止哺乳动物肝脏和研究细胞过程的一部分。这段在斑马鱼和他的研究小组开发了一个模型。

模型中,研究者标记钙离子运输上皮细胞的绿色荧光蛋白,这些细胞照亮。使用,他们能够诱导分化细胞进入细胞周期细胞分裂,并将其可视化,特别是涉及线粒体的放大过程。

线粒体通常被称为细胞的“强国”。他们产生ATP,分子携带的能量在所有生物体的细胞。但线粒体比这做得更多,段说。当它们分解糖产生ATP,他们还生产所谓的活性氧ROS,高活性化学物质会导致细胞损伤。

然而,当线粒体释放线粒体ROS,正确的数量,他们充当信号分子。研究小组发现,细胞去分化和增殖诱导时,ATP产量增加,在这些细胞线粒体ROS水平上升。

ROS水平上升时,一种酶,这种酶在细胞应激反应中发挥作用称为Sgk1也会增加细胞的细胞质中。然后,Sgk1从细胞质中线粒体,在磷酸化的酶合成ATP和触发器ATP生产。

测试这个循环的影响细胞去分化的能力,研究人员在这个循环阻塞的每一步。

“我们感到这是所需的细胞在细胞周期的回滚,”段说。“在我们的系统,如果我们ATP酶蛋白,如果我们Sgk1,如果我们阻止活性氧生产我们阻止任何步骤,细胞可以在细胞周期不再回去。”

然后研究人员检查了在人类乳腺癌细胞线粒体循环,该循环,发现相同的步骤发生在人类乳腺癌细胞。这表明这是一个常用的保存机制,大多数细胞是有用的,他们说。

段和癌症细胞是一种类型的细胞和他的团队希望发现可能有一天的目标。理解细胞可塑性为组织再生再生生物学中是很重要的,但它也是重要的疾病,如癌症。

“癌细胞也有这种可塑性,它被视为一个重大挑战,为什么我们不能轻易地治疗癌症细胞。如果你消除癌症干细胞,另一个可以回来,”段说。

接下来,段希望更好地理解在其他细胞,线粒体循环,该循环的想法的途径可以有针对性的有一天两个组织再生,防止异常生长,如癌症。

“细胞和动物远比我们意识到的更有弹性。他们更多的塑料。我们认为他们是刚性的,”他说。“线粒体在细胞中扮演更重要的角色比我们想象的要好。我们找到了一个非常复杂的通路,在亚细胞水平工作,决定了细胞的弹性和塑料的能力。”

第一和第二作者研究的迎香和李Chengdong Liu两段博士后研究人员的实验室。其他合作者包括本科生卢克,Veronica Sikora,杰克Gurwin和卡罗琳Barabell段实验室,和研究员陈Zhimin Jiandie林生命科学研究所的实验室。

参考:李Y,刘C、L, et al . ROS signaling-induced线粒体Sgk1表达调节上皮细胞更新。《美国国家科学院刊。120 (24):e2216310120。2023;doi:10.1073 / pnas.2216310120

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