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Genes & Devel:为什么干细胞可以维持多潜能性?
发布时间:2015-10-14        浏览次数:27        返回列表
 

图片来源:medicalxpress.com

为什么干细胞研究这么火热,因为其具有多向性,可以转变成机体中任何类型的细胞,而这种潜能常常被研究者们用来移除机体损伤或病变的组织细胞,但控制干细胞具有多向潜能的机制目前还并不清楚。

近日,发表在国际杂志Genes & Development上的一项研究论文中,来自基础科学研究院的研究人员利用小鼠的胚胎干细胞(mESCs)进行研究揭示了控制诱导多能干细胞(iPSCs)的分子机制,研究者发现,16个RNA的结合蛋白(RBPs),这些结合蛋白的剔除可以引发干细胞多能性的缺失,同时还发现了6个无包被的RBPs(Krr1, Ddx47, Ddx52, Nol6, Pdcd11, 和Rrp7a)其可以组成关键的蛋白复合体—小亚基加工体,对于核糖体的制造非常关键。

首先研究人员利用RNAi技术对小鼠的胚胎干细胞进行筛选,来确定哪一种RBPs对于RNA介导的基因调节非常关键,研究者进行了两轮的RNAi筛选目的在于寻找干细胞的多潜能性,最终发现了16个阳性指示,随后他们发现,组成小亚基加工体的6个RBPs可以调节18S rRNA的生成从而帮助制造多能细胞的重要调节子,此外研究者还检测了另外27个涉及核糖体生成的基因来确定是否小亚基加工体(SSUP)需要ESC来维持,剔除小亚基加工体蛋白(Imp4, Mpp10/Mphosph10, Wdr36, Wdr46, and Wdr75)将会导致Nanog表达的降低,而其中一种组分(Cirh1a)的缺失都会引发细胞死亡。

在ESCs中,SSUP的亚单位处于上调状态来增强其翻译的效率,并且可以支持控制干细胞多能性的互联调节网络;包括Krr1在内的SSUP基因在多育的细胞中都处于高度表达的状态,而多育的细胞则包括干细胞、祖细胞,尤其是ESC细胞系,这些可以增强广泛的转录效率,对于维持多能性因子的蛋白水平非常关键。

为了检测翻译如何影响ESCs,研究小组利用名为4EGI-1的翻译抑制子来处理mESCs,4EGI-1可以引发多能性因子Nanog, Esrrb, 和Tfcp2l1的水平快速下降来对翻译抑制产生反应,进一步研究发现,增强翻译的活性对于ESC维持功能非常重要,研究者还发现,SSUP蛋白对于诱导多能干细胞进行有效的重编程非常重要,当进行重编程实验时,研究者发现,相比对照细胞而言,内源性的Nanog和Esrrb因子的诱导大大减缓了,而且同时也抑制了Krr-1剔除的细胞的表达。

研究者表示,当主要转录因子长久维持在合适水平下时,ESCs就会处于多潜能状态,但当主要转录因子不再可以获得时,细胞就会进入分化状态,这就表明,翻译效率的精确调节可以精密地影响干细胞最终的决定。我们都知道核糖体的生成是细胞循环的关键组分,其会帮助调节细胞尺寸及生长,而如今研究者发现SSUP在维持诱导多能干细胞的完整性上扮演着重要的角色。

下一步研究人员计划进行更为深入的研究,来基于当前的研究数据再获得更多有价值的线索,最终帮助开发治疗多种疾病的新型疗法,尤其是癌症和神经变性疾病的新型疗法等。

 

Role of the small subunit processome in the maintenance of pluripotent stem cells

Kwon Tae You1,2, Joha Park1,2 and V. Narry Kim1,2

 

RNA-binding proteins (RBPs) play integral roles in gene regulation, yet only a small fraction of RBPs has been studied in the context of stem cells. Here we applied an RNAi screen for RBPs in mouse embryonic stem cells (ESCs) and identified 16 RBPs involved in pluripotency maintenance. Interestingly, six identified RBPs, including Krr1 and Ddx47, are part of a complex called small subunit processome (SSUP) that mediates 18S rRNA biogenesis. The SSUP components are preferentially expressed in stem cells and enhance the global translational rate, which is critical to sustain the protein levels of labile pluripotency factors such as Nanog and Esrrb. Furthermore, the SSUP proteins are required for efficient reprogramming of induced pluripotent stem cells. Our study uncovers the role of the SSUP and the importance of translational control in stem cell fate decision.