胚胎来源的成体干细胞的发现

干细胞是一种生物。他们可以修复,恢复、替换和再生细胞。在大多数动物和人类这些细胞只局限于再生他们被分配到的细胞类型。所以,头发干细胞只会让头发。肠道干细胞只会让肠子。但是,许多较为疏远的无脊椎动物在成年动物多能干细胞的数量,这意味着他们可以再生几乎任何缺失的细胞类型,这一过程被称为全身再生。

即使这些成人多能干细胞(aPSCs)被发现在许多不同类型的动物(如海绵,一再出现的问题,真涡虫的扁虫,acoel蠕虫,和一些海鞘)的机制如何在任何物种是未知的。

在一项新的研究细胞研究者在机体和哈佛大学进化生物学已经确定的细胞机制和分子轨道的形成aPSCs acoel蠕虫,Hofstenia miamia。

h . miamia也被称为三级豹蠕虫,是一个物种,可以使用名为“neoblasts aPSCs完全再生。“砍h . miamia成小块,每一块将增加一个新的身体包括从嘴到大脑。资深作者曼西教授斯利瓦斯塔瓦收集h . miamia在很多年前,因为其再生能力。一回到实验室,h . miamia开始产生许多胚胎可以很容易地进行了研究。

此前的一项研究中,斯利瓦斯塔瓦和合作者博士后研究员洛伦佐里奇发达转基因技术的协议h . miamia。转基因技术是一个过程,介绍了成一个有机体的基因组,通常并不是基因组的一部分。这种方法允许作者朱利安o .木村(博士22)追求他的这些干细胞是如何做的问题。

“动物的共同特征之一,可以再生是多能干细胞的存在在成年人的身体,“木村说。“这些细胞是负责为重塑动物受伤时丢失的身体部位。了解动物h . miamia使这些干细胞,我觉得我们可以更好地理解是什么让某些动物再生能力。”

有一些统一的特点这些干细胞数量等成年动物的基因称为匹威的表达。但在物种迄今为止,任何人都没有能够找出这些干细胞是在第一位。“他们主要研究在成年动物的环境中,”斯利瓦斯塔瓦说,“在一些物种,我们知道一点关于他们如何工作,但我们不知道它是如何生产出来的。”

研究人员知道蠕虫幼仔包含aPSCs,所以认为他们必须在胚胎发生。里奇转基因技术用于创建一行导致胚胎细胞发光荧光绿色由于蛋白质枫引入细胞。枫photo-convertible,这意味着闪亮的激光束与特定波长上的绿色将它转换为红色。你可以杀死这些细胞用激光把个体的绿色细胞胚胎变成红色。

“用转基因动物photo-conversion是一个非常新的转折我们在实验室设计了胚胎干细胞的命运,”斯利瓦斯塔瓦说。木村应用这个方法执行血统追踪,让胚胎成长,看会发生什么。

木村后胚胎的发展,因为它从单细胞到多细胞分裂。早期的这些细胞被刻板的乳沟,这意味着胚胎,胚胎细胞分裂细胞在相同的模式,这样可以命名和持续学习。这提出了这样的可能性,也许每一个细胞都有一个独特的目的。例如,在发展到八细胞阶段(这是可能的,左角细胞使某一组织,而底部,对细胞使另一个组织。

确定每个单元的功能,木村photo-conversion系统执行的每个细胞的早期胚胎,创建一个完整的命运映射在八细胞阶段。然后他跟踪细胞的蠕虫已成长为一个成年人仍然带着红色的标签。下面的每个细胞的重复过程一次又一次的在许多胚胎使木村跟踪每个单元在哪里工作。

sixteen-cell阶段胚胎他发现一双非常特定的细胞,引起细胞看起来neoblasts。说:“这很兴奋我们木村,“但仍有neoblasts的可能性是由多个源在胚胎早期,不仅在sixteen-cell阶段发现的两双。发现细胞,只是像neoblasts在外表上没有明确的证据表明他们真正neoblasts,我们需要证明他们表现喜欢neoblasts。”

肯定,木村把这个特定的细胞,称为3 a / bh . miamia在审判。为了neoblasts细胞必须满足所有已知的干细胞特性。这些细胞的后代在新组织再生?研究人员发现,是的,只有那些细胞的后代新组织再生。

另一种定义属性是干细胞的基因表达水平,必须有数百个基因表达。确定3 a / b适合这个属性,木村把后代3 a / b所有其他细胞发光的发光的红色和绿色和使用分类机,红色和绿色细胞分离。然后他单细胞测序技术应用于问,哪些基因被表达在红细胞和绿色的细胞。数据证实,在分子水平上只有3 a / b细胞的后代匹配的干细胞,而不是任何其他细胞的后代。

“这是最终确认的事实我们发现细胞来源的干细胞数量在我们的系统中,”木村说。”,但重要的是,了解干细胞的细胞来源现在给了我们一个方法来捕获细胞的成熟和定义基因是参与制定他们。”

木村生成胚胎发育的一个巨大的数据集在单细胞水平详细说明哪些基因被表达在所有的细胞胚胎的发展从开始到结束。他允许转换3 a / b细胞进一步发展,但并不是所有的人工孵化阶段。然后他捕获这些细胞使用排序技术。这样做木能清楚地定义哪些基因被具体表达细胞谱系的干细胞。

“我们的研究揭示了一组基因,可以为干细胞的形成非常重要的控制器,”木村说。“同系物的这些基因有重要的作用在人类干细胞,这是有关跨物种。”

“朱利安开始在我的实验室里要研究如何制造胚胎干细胞,”斯利瓦斯塔瓦说,“这是一个令人难以置信的故事,当他毕业他算出来。”

研究人员计划继续做更深入的机制,这些基因是如何工作的干细胞Hofstenia miamia,这将有助于告诉大自然是如何进化的方法和维护多能干细胞。知道分子aPSCs监管机构将允许研究人员跨物种比较这些机制,揭示多能干细胞是如何在动物进化而来的。

参考:木乔,极限DM,里奇L,斯利瓦斯塔瓦m .成人多能干细胞的胚胎起源。细胞。185 (25):4756 2022;4769. - e13。doi:10.1016 / j.cell.2022.11.008

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