发布时间:2019-12-02 08:11 原文链接: 一种特殊蛋白竞能控制人类血液干细胞的自我更新

  近日,一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中,来自加利福尼亚大学的科学家们通过研究发现了一种特殊蛋白和人类学学干细胞自我更新能力之间的关联,研究者表示,激活该蛋白或能促进血液干细胞在实验室条件下自我更新至少12倍。在体外条件下增殖血液干细胞往往能极大地改善血液癌症(比如白血病)和多种遗传性血液疾病的治疗选择。

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图片来源:UCLA Broad Stem Cell Research Center

  研究者Hanna Mikkola博士表示,尽管我们已经对血液干细胞的生物学特性研究了很多年,但如今依然面临着很多关键的挑战,即如何在实验室条件下促进人类血液干细胞自我更新,如今我们不得不通过研究来克服这些问题了。血液干细胞,即造血干细胞,其存在于骨髓中,在骨髓中其能进行自我更新并分化称为多种类型的血液细胞;而且骨髓移植疗法也能被用来治疗血液或免疫系统疾病的患者;然而骨髓移植存在着明显的局限性,寻找合适的骨髓供体并不总是可行,而且患者自身的免疫系统也会排斥外源性细胞,移植的干细胞数量有时候也并不足以成功治疗患者的疾病。

  当血液干细胞从骨髓中被移除置于实验室培养皿中时,其会快速失去自我更新的能力,其要么会死亡,要么就会分化称为其它血液细胞;研究者的目标就是在可控的实验室条件下使得血液干细胞能够自我更新,这或许有望开启治疗多种血液疾病的新思路,同时也能帮助科学家们通过多能干细胞来产生血液干细胞。为了阐明如何在实验室中促进血液干细胞自我更新,研究人员分析了当血液干细胞失去自我更新能力过程中被关闭表达的基因,同时研究者注意到哪些基因在血液干细胞分化成为特殊血细胞(比如白细胞或红细胞)中会关闭表达,随后研究者将血液干细胞置于实验室平皿中来观察哪些基因的表达会被关闭,利用多能干细胞进行研究,研究人员就能够制造出缺失自我更新能力的血液干细胞,同时他们还能监测哪些基因的表达处于失活状态。

  研究者发现,MLLT3基因的表达与血液干细胞自我更新的潜能密切相关,MLLT3基因所表达的蛋白能为血液干细胞提供必要的指令来使其能够维持自我更新的能力,其能通过与其它调节性蛋白协同作用来保持血液干细胞的重要部分在细胞分类时能正常发挥作用。研究者想知道是否在实验室培养皿中维持血液干细胞中MLLT3蛋白的水平就足以改善其自我更新的能力,利用一种病毒载体,研究人员就能将活性的MLLT3基因插入到血液干细胞中,同时他们观察到,功能性的血液干细胞会在实验室培养皿中的繁殖速率增长了至少12倍。

  研究者Mikkola说道,如果我们考虑治疗一个病人需要的血液干细胞的数量,那么这可能是一个很大的数字;但我们并不仅仅关注数量,我们还需要确保在实验室中产生的血液干细胞能够通过制造移植所需要的所有血液细胞类型来持续发挥功能。最近有研究人员通过研究鉴别出了一类特殊的小分子(用于制造医疗用药的有机分子)能够在实验室中促进人类血液干细胞增殖,随后研究者利用这种小分子进行研究,他们发现,其能够改善血液干细胞自我更新的能力,但细胞并不能够维持合适的MLLT3的水平,而且在移植到小鼠体内后也无法正常发挥功能。

  此前研究发现的这种小分子非常重要,但本文研究基于此前研究结果;这项研究中,研究人员所开发的新方法能将血液干细胞暴露在这种小分子中,并插入了活性的MLLT3基因,这种新方法或许就能够制造出能够更好地整合到小鼠骨髓中的血液干细胞,从而就能有效产生所有血液细胞类型并能维持其自我更新的能力。更重要的是,MLLT3基因能够以一定的安全速率来维持血液干细胞的自我更新,这些血液干细胞无法获得任何危险的特性,比如大量增殖、突变或产生诱发白血病风险的异常细胞等。

  后期研究人员还将继续深入研究确定哪些特殊蛋白和血液干细胞DNA中的哪些元件会影响MLLT3基因的开关,以及如何在实验室培养皿中利用特殊制剂来控制这一过程,研究者有信心开发出新型策略,在不使用病毒载体的情况下开启/关闭MLLT3基因的表达,以便其能在临床条件下安全使用。


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