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细胞周期对造血干细胞有何影响?

最近,德国德累斯顿工业大学医学院Claudia Waskow教授的研究小组,首次描述了一种新的机制,即细胞周期G1期的长度,对人体造血干细胞的适合度产生巨大的影响。在这项研究中,缩短G1期,可长期提高从干细胞到成熟血细胞的持续生产。可以想象,在将来,也可以通过加速细胞周期的转换动力学,来提高人体干细胞的功能。相关研究结果发表在七月六日的权威实验医学杂志《Journal of Experimental Medicine》(DOI:10.1084/jem.20150308)。

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在我们的整个生命过程中,要维持我们免疫系统的功能,持续供应新鲜产生的血细胞,是必不可少的。事实上,在感染性疾病或大量失血后,新产生成熟血细胞就成为关键,因此此时要确保有机体的生存,就需要新产生的成熟血细胞。
  

为了应对这种危及生命的诱因,我们的骨髓拥有所谓的造血干细胞,它们能够根据需要重新形成所有的血细胞。造血干细胞的这种特殊属性也被用于临床骨髓移植,把有病变的血细胞——例如白血病细胞,由健康细胞代替。然而,受体可以接纳的供体干细胞的数量有限,仍然是这种干细胞移植成功一个非常高的障碍。因此,为了能够找到解决这个问题的方法,更好理解“干细胞在身体中的作用”,仍然是特别重要的。
  

我们已经知道,大多数造血干细胞通常保持在一个休止期,它们的功能受影响于到细胞分裂的可控转换。相比之下,单个细胞分裂期的长度是否调节着造血干细胞的行为,仍然是未知的。Waskow教授研究小组的博士研究生Nicole Mende,使用转基因技术,特异性地缩短人类造血干细胞细胞周期的G1早期的转换时间。
  

因此,缩短细胞周期G1期的转换时间后,造血干细胞在体外应力诱导后能够被更好地维持。然而,最重要的是,移植到同一实验室先前制备的一个非常合适的小鼠模型之后,该研究小组发现,处理后的干细胞在活有机体中的功能也显着增加。有趣的是,类似的细胞周期操作——其影响在G1期后面的一个时间点,精确地显示出恰恰相反的效果,以及干细胞功能的快速丧失。
  

这些结果表明,G1期早期与晚期的一个平衡的转换速度,是造血干细胞功能的重要调节器,因此对血液形成的终身维持做出了重要贡献。此外,G1期转换动力学的改变,可能是老年小鼠和老年人造血干细胞功能缺陷的基础。

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