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Science:干细胞维持“干”性的秘诀

Whitehead研究所的科学家们发现,干细胞在分裂的时候能够区分衰老和年轻的线粒体,并将它们不对称的分配给子细胞。继续保持“干”性的子细胞主要分到年轻的线粒体,而分化的子细胞主要分到衰老的线粒体。这项研究发表在本周的Science杂志上。


这种细胞内容物的不对称分配,可能是干细胞防止损伤累积的一种机制。“年轻线粒体是有好处的,”Whitehead研究所的David Sabatini说。“干细胞知道这一点,并且想出了丢掉衰老组分的方法。”


不对称细胞分裂是干细胞的标志。一般细胞平均分为两个命运相同的子细胞,但干细胞分裂会生成一个干细胞和一个进行分化的细胞。在此之前人们已经发现,非哺乳类生物能够在细胞分裂时不对称分配受损的部件。


研究人员对类似干细胞的永生化人乳腺上皮细胞进行了研究。这些细胞表达与干细胞状态有关的基因(即干性基因),而且能够形成乳腺球结构。为了在细胞分裂过程中追踪亚细胞组分的命运,Pekka Katajisto等人用荧光蛋白标记了溶酶体、线粒体、高尔基体、核糖体和染色质,这种标记会在紫外光照射下发光。


研究显示,正常上皮细胞会将这些组分对称分配给子细胞,而类似干细胞的永生化乳腺上皮细胞将大部分衰老线粒体传递给要分化的子细胞。这些细胞中的衰老线粒体大约是保持干性子细胞的六倍。

研究人员还发现,衰老线粒体较少的子细胞能够形成更多的乳腺球,说明这些细胞更类似干细胞。进一步研究显示,用化合物干扰细胞的线粒体质控机制,会阻止衰老线粒体和年轻线粒体的不对称分配,导致子细胞丧失干细胞特征。这些结果说明,干细胞分裂过程中衰老线粒体的不对称分配是下一代细胞维持干性的必要条件。


“虽然我们不知道干细胞如何识别线粒体的老化,但强行平均分配衰老线粒体会使子细胞全部丧失干性,”Katajisto说。“人们也许可以在此基础上想办法对抗干细胞耗竭和衰老。” 目前Katajisto正在研究其他细胞类型是否也存在这一现象,并计划进行活体研究。


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