研究人員用光控制了胚胎干細(xì)胞的分化，讓它們根據(jù)準(zhǔn)確的外部線索轉(zhuǎn)變?yōu)樯窠?jīng)元。
迄今為止，人們已經(jīng)鑒定了許多在特定時(shí)間促使干細(xì)胞分化的分子線索。用干細(xì)胞修復(fù)受損和衰老的組織已經(jīng)成為了再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。不過，讓干細(xì)胞聽從指令并不是一件簡單的事。
近來研究顯示，許多編碼發(fā)育線索的基因，在未分化的干細(xì)胞中不斷地開和關(guān)。細(xì)胞如何在這樣的噪音中識別真正的發(fā)育信號，并做出快速而準(zhǔn)確的應(yīng)答呢？
為了解決這個(gè)問題，研究人員對小鼠胚胎干細(xì)胞進(jìn)行改造，用藍(lán)光啟動(dòng)其中的Brn2基因。他們通過調(diào)節(jié)光照的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，控制細(xì)胞中的Brn2含量并觀察細(xì)胞做出的應(yīng)答。
研究顯示，如果Brn2信號足夠強(qiáng)持續(xù)時(shí)間足夠長，干細(xì)胞就會(huì)快速轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元。但如果Brn2信號太弱或者時(shí)間太短，細(xì)胞就會(huì)*忽略掉它。
隨后研究人員用CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)給轉(zhuǎn)錄因子Nanog添加了熒光標(biāo)簽，這個(gè)轉(zhuǎn)錄因子相當(dāng)于干細(xì)胞分化的剎車。他們發(fā)現(xiàn)，Brn2信號會(huì)干擾維持細(xì)胞穩(wěn)定和不分化狀態(tài)的反饋回路，使Nanog蛋白水平開始下降。細(xì)胞中的Nanog蛋白要四個(gè)小時(shí)才能*消失，這使它成為了一個(gè)的內(nèi)部計(jì)時(shí)器。如果Brn2信號過早中斷，Nanog水平就能迅速恢復(fù)，細(xì)胞保持不變。如果Brn2信號一直持續(xù)直至Nanog消失，那么干細(xì)胞就會(huì)很快分化成為神經(jīng)元。
研究人員相信，其他干細(xì)胞分化過程也受到類似機(jī)制的控制。他希望通過這種光誘導(dǎo)的分化技術(shù)，探索復(fù)雜三維組織的形成。
“目前人們操縱干細(xì)胞的效率還比較低，這一過程顯得難以控制，"研究人員說。“這是因?yàn)榧?xì)胞并不是個(gè)木偶，它在持續(xù)解讀信息。想要控制細(xì)胞的命運(yùn)，我們就必須理解細(xì)胞的信息處理機(jī)制。"
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