定位于骨髓中的造血干細(xì)胞處在復(fù)雜家族樹(shù)的頂端。這些干細(xì)胞沿著各種信號(hào)通路向下分裂，zui終會(huì)生成血細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板。“子細(xì)胞”以大約100萬(wàn)個(gè)/每秒的速度生成，不斷地補(bǔ)充人類(lèi)的血液供應(yīng)。
研究人員一直想知道是什么讓這些干細(xì)胞能夠持續(xù)存在達(dá)數(shù)十年之久，而它們的后代卻只能維持?jǐn)?shù)天，數(shù)周或是幾個(gè)月，就需要被替換。現(xiàn)在，來(lái)自賓夕法尼亞大學(xué)的一項(xiàng)研究揭示了使得這些干細(xì)胞能夠無(wú)盡期分裂的一個(gè)機(jī)制。研究結(jié)果發(fā)表在11月21日的《細(xì)胞干細(xì)胞》（Cell Stem Cell）雜志上。
研究人員發(fā)現(xiàn)，一種讓肌肉收縮的馬達(dá)蛋白幫助了這些細(xì)胞進(jìn)行不對(duì)稱(chēng)分裂，因此在細(xì)胞的一部分成為子細(xì)胞的同時(shí)，另一部分仍然維持干細(xì)胞特性。他們的研究結(jié)果有可能提供一些關(guān)于白血病等血癌類(lèi)型的新認(rèn)識(shí)，并zui終促成一些方法在實(shí)驗(yàn)室中培育出輸血用血細(xì)胞。
文章的資深作者、賓夕法尼亞大學(xué)工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院化學(xué)與生物分子工程學(xué)系教授Dennis Discher說(shuō)：“血細(xì)胞不斷地耗損并被替換。我們想知道負(fù)責(zé)生成這些細(xì)胞的干細(xì)胞是如何能夠維持達(dá)數(shù)十年而不被耗盡的。”
長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)于這些細(xì)胞接近永生的一種理論解釋是：不對(duì)稱(chēng)分裂，然而對(duì)于實(shí)現(xiàn)這種分裂的細(xì)胞機(jī)制卻并不清楚。為了確定導(dǎo)致這種現(xiàn)象的驅(qū)動(dòng)力，研究人員分析了這些干細(xì)胞以及它們更快速分裂的后代中所有的表達(dá)基因。研究人員認(rèn)為，只去到分裂細(xì)胞一邊的蛋白質(zhì)有可能發(fā)揮作用，隔離了導(dǎo)致另一邊維持干細(xì)胞特性的其他關(guān)鍵因子。
他們看到了馬達(dá)蛋白myosin II不同的表達(dá)模式，其具有A和B兩種形式。myosin II是一種使得人體肌肉能夠收縮的蛋白質(zhì)，然而在非肌肉細(xì)胞中它也參與了細(xì)胞分裂，在細(xì)胞分裂之時(shí)幫助了細(xì)胞膜裂開(kāi)及閉合。
論文主要作者、Discher實(shí)驗(yàn)室成員Jae-Won Shin說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞具有兩種類(lèi)型的myosin 。而zui終的紅細(xì)胞和白細(xì)胞只具有A形式。我們推測(cè)，B形式是導(dǎo)致干細(xì)胞以一種不對(duì)稱(chēng)形式分裂的關(guān)鍵，且通過(guò)這種方式使得B形式只存在于干細(xì)胞中。”
將這些myosins作為他們的首要候選者，研究人員采用不同顏色標(biāo)記了分裂干細(xì)胞中的這些關(guān)鍵蛋白，將它們放置到顯微鏡下。
Discher說(shuō)：“我們可以看到myosin IIB去到了分裂細(xì)胞的一邊，導(dǎo)致細(xì)胞差異性分裂。這就像是一場(chǎng)拔河，擁有B的一邊更用力地拉，維持了干細(xì)胞狀態(tài)。”
研究人員隨后將人類(lèi)細(xì)胞注入到小鼠的骨髓中進(jìn)行了體內(nèi)測(cè)試。通過(guò)遺傳抑制myosin IIB生成，研究人員看到在干細(xì)胞和早期后代細(xì)胞增殖的同時(shí)，下游血細(xì)胞的數(shù)量在下降。
“因?yàn)楦杉?xì)胞無(wú)法進(jìn)行不對(duì)稱(chēng)分裂，它們只能以犧牲分化細(xì)胞為代價(jià)在骨髓中不斷地生成更多的干細(xì)胞，”Discher說(shuō)。
研究人員還采用一種藥物暫時(shí)性地阻斷了A和B兩種形式的myosin II，發(fā)現(xiàn)它提高了非分裂干細(xì)胞的比例，且阻止了后代細(xì)胞進(jìn)行更快速地分裂
研究人員認(rèn)為，這些研究發(fā)現(xiàn)有可能zui終促成在血癌*之后能夠再生出造血干細(xì)胞，或是在實(shí)驗(yàn)室中培育出血液制品。找到一種可以暫時(shí)關(guān)閉B形式myosin的藥物，而只留下A形式，可使得干細(xì)胞對(duì)稱(chēng)分裂生成更多的干細(xì)胞，且不會(huì)阻止它們的后代細(xì)胞進(jìn)行自身分裂。
Shin說(shuō)：“盡管如此，目前可獲得的、能夠阻斷A和B兩種形式myosin II的藥物可能也能用于臨床。因?yàn)楝F(xiàn)在能夠很容易地利用供體骨髓培養(yǎng)物來(lái)富集造血干細(xì)胞，后者是重要的移植細(xì)胞。了解細(xì)胞用來(lái)進(jìn)行分裂的驅(qū)動(dòng)力，可據(jù)此利用它們來(lái)更好地控制這些細(xì)胞。”
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