高平課題組Cell Metabolism 發(fā)文揭示線粒體動態(tài)平衡對干細(xì)胞胚胎發(fā)育潛能的決定性作用
全能干細(xì)胞具有無限自我復(fù)制能力，并可以分化成所有類型體細(xì)胞、進(jìn)而發(fā)育成完整生物體。2006年，Yamanaka等通過體細(xì)胞重編程技術(shù)成功地將已經(jīng)分化的細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)檎T導(dǎo)型全能干細(xì)胞（iPS cells）。2009年，中國科學(xué)院動物所周琪團(tuán)隊在Nature上報道利用四倍體補償技術(shù)成功獲得由iPS細(xì)胞發(fā)育成的小鼠，直接證實iPS細(xì)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(xì)胞(fully pluripotent iPS cells)之外，體細(xì)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(xì)胞 (partially pluripotent iPS cells)。此后，雖然在干細(xì)胞全能性維持、分化調(diào)節(jié)方面取得了很多成就，但決定干細(xì)胞具備真正全能性的關(guān)鍵因素及其調(diào)控機制仍不明了。
近日，華南理工大學(xué)高平課題組、中國科學(xué)院動物所周琪課題組以及中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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(xì)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(xì)胞以及具備部分全能性但無法發(fā)育成個體的的iPS 細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)調(diào)控線粒體分裂的相關(guān)基因在部分全能性的iPS 細(xì)胞中異常高表達(dá)，從而導(dǎo)致這種細(xì)胞的線粒體呈現(xiàn)短小且內(nèi)部結(jié)構(gòu)混亂的“過度分裂”狀態(tài)。研究人員進(jìn)一步在具備不同發(fā)育潛能的iPS及ES細(xì)胞中改變線粒體分裂相關(guān)基因的表達(dá)，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(xì)胞植入代孕小鼠子宮內(nèi)，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(xì)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(nèi)鈣離子水平升高，進(jìn)而通過激活CaMKII，導(dǎo)致β-Catenin蛋白的降解，從而影響干細(xì)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(diào)控干細(xì)胞全能性及細(xì)胞命運決定中的重要作用，加深了對于體細(xì)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(yīng)用前景。
論文的第一作者是華南理工大學(xué)醫(yī)學(xué)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(xué)基金、中國科學(xué)院以及廣東省引進(jìn)創(chuàng)新團(tuán)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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