高平課題組Cell Metabolism 發(fā)文揭示線粒體動態(tài)平衡對干細胞胚胎發(fā)育潛能的決定性作用
全能干細胞具有無限自我復制能力，并可以分化成所有類型體細胞、進而發(fā)育成完整生物體。2006年，Yamanaka等通過體細胞重編程技術成功地將已經(jīng)分化的細胞轉變?yōu)檎T導型全能干細胞（iPS cells）。2009年，中國科學院動物所周琪團隊在Nature上報道利用四倍體補償技術成功獲得由iPS細胞發(fā)育成的小鼠，直接證實iPS細胞具有分化發(fā)育為個體的潛能。有趣的是，他們同時發(fā)現(xiàn)，除了可發(fā)育為生物個體的全能性iPS細胞(fully pluripotent iPS cells)之外，體細胞重編程過程中確實會產(chǎn)生無法發(fā)育成為成熟個體的部分全能性iPS細胞 (partially pluripotent iPS cells)。此后，雖然在干細胞全能性維持、分化調節(jié)方面取得了很多成就，但決定干細胞具備真正全能性的關鍵因素及其調控機制仍不明了。
近日，華南理工大學高平課題組、中國科學院動物所周琪課題組以及中國科學技術大學張華鳳課題組聯(lián)合在國際著名期刊Cell Metabolism在線發(fā)表題為“Mitochondrial dynamics is critical for the full pluripotency and embryonic developmental potential of pluripotent stem cells”的論文，揭示線粒體動態(tài)平衡對干細胞胚胎發(fā)育潛能的決定性作用。研究人員通過比較可發(fā)育為生物個體的iPS細胞以及具備部分全能性但無法發(fā)育成個體的的iPS 細胞，發(fā)現(xiàn)調控線粒體分裂的相關基因在部分全能性的iPS 細胞中異常高表達，從而導致這種細胞的線粒體呈現(xiàn)短小且內部結構混亂的“過度分裂”狀態(tài)。研究人員進一步在具備不同發(fā)育潛能的iPS及ES細胞中改變線粒體分裂相關基因的表達，證實線粒體過度分裂會影響其在體外的分化潛能。重要的是，將基因改造過的干細胞植入代孕小鼠子宮內，用四倍體補償實驗成功驗證了發(fā)生線粒體過度分裂的干細胞無法發(fā)育得到小鼠個體。機制研究發(fā)現(xiàn)，線粒體過度分裂會使得胞內鈣離子水平升高，進而通過激活CaMKII，導致β-Catenin蛋白的降解，從而影響干細胞的分化潛能和胚胎發(fā)育過程。
該研究首次報道了線粒體動態(tài)平衡在調控干細胞全能性及細胞命運決定中的重要作用，加深了對于體細胞重編程和胚胎發(fā)育過程的理解，有重大的理論意義和潛在的應用前景。
論文的第一作者是華南理工大學醫(yī)學院/廣州第一人民醫(yī)院的鐘秀穎博士。高平教授、周琪教授和張華鳳教授為本文的共同通訊作者。該研究得到了科技部、國家自然科學基金、中國科學院以及廣東省引進創(chuàng)新團隊等項目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cmet.2018.11.007
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