PNAS意外发现线粒体的更多功能：细胞可塑性
摘要：期以来，研究人员一直认为，一旦细胞开始分化，长成皮肤细胞、肝细胞或神经元，这条道路就无法改变。
长期以来，研究人员一直认为，一旦细胞开始分化，长成皮肤细胞、肝细胞或神经元，这条道路就无法改变。但在过去的二十年里，科学家们意识到这条途径要复杂得多。现在，密歇根大学(University of Michigan)的一个研究小组以斑马鱼为模型，发现人体线粒体(细胞内为身体产生能量的细胞器)中的一个环可能允许细胞在分化的道路上后退。他们的研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。
图1 人体线粒体中的一个环可能允许细胞在分化的道路上后退
“细胞的命运和分化就像一个从山上跑下来的球。这个球就是干细胞。干细胞分裂成为祖细胞，祖细胞将成为未来的皮肤、神经元、肝脏、肌肉细胞。长期以来，人们一直认为球只能从上坡跑到下坡，”密歇根大学分子、细胞和发育生物学教授、神经科学本科项目主任Cunming Duan说。
“人们也认为成人组织再生也是如此。如果你割伤了皮肤或肌肉，这个想法就是成体干细胞群在做同样的事情。但从过去几十年开始，研究人员已经表明，这种观点过于简单化了。”
Duan说，现在，研究人员了解到，细胞可以翻山倒海，变成一种不同的细胞类型，细胞也可以回到山上，变成一个前体细胞，产生更多的细胞。例如，在人类胰腺中，叫做α细胞的细胞产生一种叫做胰高血糖素的激素。胰腺中的β细胞产生激素胰岛素。但是细胞可以变成细胞。
如果细胞受到压力或损伤，它们也会去分化。例如，如果一个细胞可以去分化，成为一个前体细胞并产生更多健康的细胞。
最近的研究表明，去分化实际上并不是唯一的:如果你伤害了组织，许多完全分化的细胞可以滚回山上，Duan说。癌细胞也表现出这种可塑性，这使得治疗它们的能力变得复杂。
但之前的研究了解去分化过程是在人工系统中完成的。你不能通过手术切除一部分鱼的心脏，也不能切除一部分哺乳动物的肝脏来研究细胞过程。因此，Duan和他的研究小组在斑马鱼身上开发了一个模型。
在模型中，研究人员用绿色荧光蛋白标记钙离子运输上皮细胞，照亮这些细胞。利用这种方法，他们能够诱导这些分化的细胞重新进入细胞周期，并可视化细胞分裂的过程，特别是放大涉及线粒体的过程。
线粒体通常被称为细胞的“发电站”。它们产生ATP，这是一种在所有生物体细胞中携带能量的分子。但线粒体的作用远不止于此，Duan说。当它们分解糖产生ATP时，它们也会产生所谓的活性氧或ROS，这是一种高活性的化学物质，会导致细胞损伤。
然而，当线粒体释放出适量的线粒体活性氧时，它们就会起到信号分子的作用。研究小组发现，当细胞去分化和增殖被诱导时，这些细胞中ATP的产生增加，线粒体ROS水平上升。
当ROS水平上升时，细胞质中一种在细胞应激反应中起作用的酶Sgk1也会增加。然后，Sgk1从细胞质进入线粒体，在那里它使合成ATP的酶磷酸化并触发ATP的产生。
为了测试这个循环对细胞去分化能力的影响，研究人员阻断了这个循环中的每一步。
Duan说，“我们认为这实际上是细胞在细胞周期中倒退所必需的，在我们的系统中，如果我们敲除ATP蛋白酶，如果我们敲除Sgk1，如果我们阻断ROS的产生，如果我们阻断任何步骤，细胞就不能再回到细胞周期中。”
研究人员随后检查了活的人类乳腺癌细胞中的线粒体环，发现同样的步骤也发生在人类乳腺癌细胞中。他们说，这表明这是一种普遍保存的机制，对大多数细胞都有用。
而癌细胞就是其中一种细胞，Duan和他的团队希望这一发现有一天能成为目标。了解细胞的可塑性对组织再生的再生生物学很重要，但对癌症等疾病也很重要。
“癌细胞也有这种可塑性，这被认为是我们不能轻易治疗癌细胞的主要挑战之一。如果你消灭了一个癌症干细胞，另一个就会回来。”
接下来，Duan希望更好地了解其他细胞类型中的线粒体环，他的想法是，有朝一日，这一途径可以成为组织再生和防止异常生长(如癌症)的目标。
“细胞和动物比我们意识到的更有弹性。它们的可塑性更强。我们过去认为它们有点死板，线粒体在细胞中扮演的角色比我们想象的要重要得多。我们发现了一个非常复杂的途径，它在亚细胞水平上起作用，决定了细胞的弹性和可塑性。”
这项研究的第一和第二作者是 Yingxiang Li和Chengdong，他们是Duan实验室的两位博士后研究员。
参考资料：
[1] ROS signaling-induced mitochondrial Sgk1 expression regulates epithelial cell renewal
 |
 |
 |
| 官网：www.cxbio.com | 微信服务号：iseebio | 微博：seebiobiotech |
 |
 |
 |
| 商城：mall.seebio.cn | 微信订阅号：seebiotech | 泉养堂：www.canmedo.com |
下一篇：已经是最后一篇了上一篇： 一个高度不稳定的蛋白质导致神经退化
相关资讯
- EVAGLAX(TM)细胞外囊泡分离纯化试剂盒使用说明
- 二硫代苏糖醇, DTT
- 其它聚乙二醇试剂 (Other PEG Reagents) - Nanocs---PEG修饰剂(15)
- Cancer Discov：新的药物组合有助于克服对抗PD-1免疫治疗的耐药性
- 中国学者：转基因与传统农业可以共存
- 2015年元旦及春节放假通知
- 佐剂：疫苗的“加速器”
- 世界制药原料日本展 CPhI Japan 2013
- 又一COVID-19潜在药物有望上市，GSK/Vir提交单抗VIR-7831紧急使用授权申请
- 2017年9月西宝生物员工生日会
新进产品
同类文章排行
- PNAS意外发现线粒体的更多功能：细胞可塑性
- 一个高度不稳定的蛋白质导致神经退化
- 科学家揭示了防止癌症扩散的细胞过程的新细节
- Nature Genetics：人类组织的异常剪接预测
- Nature子刊：RNA引导机制驱动细胞命运
- 《Nature Medicine》阿尔兹海默症新的血液生物标志物
- 研究人员在实验室成功地诱导了灵长类动物的卵母细胞
- 新发现减缓了肌肉萎缩症
- 一种罕见基因突变，感觉不到疼痛！新研究揭示其独特的分子机制
- “丢失”的免疫细胞是老年人疫苗反应降低的部分原因
资讯文章
您的浏览历史
