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科研進展

Current Biology | 襲榮文實驗室發現干細胞微環境調控新模式

發布時間:2020/12/21
成體干細胞在體內的長期維持依賴于其周圍的微環境(niche), 構成微環境的細胞及基質成份為干細胞的自我更新提供了必需的信號因子等物質。這種干細胞的微環境調控模式在二十多年前首次在果蠅生殖干細胞的研究中得到了證實,隨后在其他類型成體干細胞的研究也得到了廣泛的驗證。類似的,干細胞的分化同樣需要微環境的調控,但目前對于這一過程的研究相對比較匱乏。

在果蠅的卵巢中,生殖干細胞經過一次有絲分裂生成一個包囊細胞(cystoblast),包囊細胞再經過4次不完全分裂依次形成二細胞、四細胞、八細胞和十六細胞的細胞囊。在這一過程中,各個階段的細胞囊都被一類名為護衛細胞(escort cell)的體細胞所圍繞,而最后形成的十六細胞的細胞囊中,相連的16個細胞中會有一個被選定為卵細胞。隨后,這個十六細胞的細胞囊將被一層濾泡細胞(follicle cell, FC)所包裹從而形成卵泡室(egg chamber),并最終逐漸發育成一個成熟的卵。生殖細胞的早期分化依賴護衛細胞,但護衛細胞如何協助生殖細胞的分化目前尚不清楚。另外,整個護衛細胞群體通常被認為是均一的,但也有研究提示其異質性的存在。

近日,北京生命科學研究所/清華大學生物醫學交叉研究院襲榮文實驗室在《Current Biology》雜志在線發表了題為“A progressive somatic cell niche regulates germline cyst differentiation in the Drosophila ovary”的研究論文,該論文報道了護衛細胞組成了一種漸進性的微環境并調控果蠅卵巢中生殖干細胞逐步分化的過程。

研究人員通過對護衛細胞的單細胞分析和細胞區間分布的鑒定,發現護衛細胞主要由兩個細胞亞群組成:前部護衛細胞(anterior escort cell,aEC)和后部護衛細胞(posterior escort cell,pEC)。aEC圍繞在包囊細胞、二細胞和四細胞的細胞囊的周圍,而pEC圍繞在八細胞和十六細胞的細胞囊的周圍。進一步的基因表達分析和遺傳實驗發現,aEC, pEC及FC三個細胞群體在功能上呈現出明顯的漸進性特征,而pEC呈現出介于aEC和FC之間的過渡細胞群體的狀態。在功能方面,aEC特異性表達蛻皮激素(ecdysone),所產生蛻皮激素作用于兩處:一是生殖系細胞,直接促進其分裂和發育;二是作用于pEC,通過調節pEC細胞的粘附能力,間接引導護衛細胞將16-cell 細胞囊交接給FC。 另外,研究人員發現aEC和pEC的細胞命運并不依賴于所圍繞的生殖細胞的發育階段,而是由從FC擴散過來的JAK/STAT通路的活性梯度所決定。因此,通過細胞間的相互作用,aEC、pEC及FC三個細胞群體構成了一個漸進性的微環境,指導了生殖細胞從包囊細胞到16-cell細胞囊的形成,以及向FC呈遞從而形成卵泡室的逐步分化過程。

綜上所述,該研究發現了一個由漸進式微環境引導生殖細胞逐步分化的調控模式,而這種漸進式微環境可以通過信號介導的細胞之間的相互作用來實現。該研究提出了細胞分化過程中一個新的微環境調控模式,為理解哺乳動物生殖細胞和其它類型的干細胞的分化調節機制提供了新的思路。

該研究的主要作者有PTN項目博士生石靜遠,博士后金真和PTN項目博士生于雅馨。論文其他作者包括張永超,楊斧博士,及核酸測序中心的黃煥偉和蔡濤博士,襲榮文博士為論文的通訊作者。該研究由國家重點研發計劃和北京市科委資助,在北京生命科學研究所完成。

論文鏈接:
https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(20)31766-8

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