就算是一个小小的细胞也拥有自己的记忆。Basel大学的研究人员最近在Cell Reports杂志上发表文章指出,蛋白质对(protein pairs)是细胞记忆的基础。
与人类大脑相似的是,细胞也拥有某种记忆能够储存信息。为此,细胞需要来自蛋白质的正反馈。Attila Becskei教授领导研究团队发现,蛋白质在这些反馈回路中形成二聚化配对,使细胞能够储存相应的信息。
细胞记忆全靠蛋白质对
蛋白质对的这种反馈只在特定条件下起作用。“蛋白质必须处于正确的浓度才能二聚化,”Becskei教授说。蛋白质太少无法形成二聚化配对,细胞也就不能储存信息。但如果蛋白质浓度太高,配对也无法进行。“这和我们人类有点像。在拥挤的大城市找对象很难,在僻静的山村找对象也不容易。我们需要在正确的时间正确的地点遇到正确的人,”Becskei解释道。
蛋白质对一旦形成就会发出信号,使细胞记住相应的信息。这种记忆会让细胞对日后的环境刺激更加敏感,做出更为迅速的应答。
细胞分化也需要蛋白质对
研究人员指出,细胞分裂和细胞分化也需要蛋白质对反馈的信息。了解这些反馈回路的作用机制有助于正确抹掉细胞的记忆,比如让一个特化细胞(比如皮肤细胞)退回未分化的干细胞。“对于细胞重编程来说细胞必须先忘记自己曾经是一个皮肤细胞,”Becskei表示。“我们将用自己开发的数学模型,研究涉及细胞记忆的其他反馈回路。”
日本科学家山中伸弥(Shinya Yamanaka)开发的iPS技术能将成熟细胞重编程为多能细胞,使其回到类似干细胞的状态。这些iPSC可以在体外大量增殖,还能分化为特定的细胞类型(比如心脏、肝脏或神经细胞),在疾病模拟、药物筛选和细胞治疗中有着巨大的应用前景,被人们视为细胞疗法的新希望。
近年来,iPS重编程已经成为了比较成熟的技术。不过,这一技术的具体机制和临床应用还存在不少争议。举例来说,越来越多的研究者们相信,源自不同组织的多能干细胞对自己身世有一种“表观遗传学记忆”,这种记忆会显著影响诱导多能细胞(iPSC)的分化。
2014年12月,McMaster大学的科学家们在Nature Communications杂志上发表文章指出,来自成体细胞的人类干细胞会“记得”它们曾经的身份,倾向于再次成为那样的细胞。也就是说,要帮助乳xian癌患者进行组织再生最好一开始就选乳xian细胞。
2015年12月,麻省总医院等机构的科学家们在Nature杂志上展示了一些参与这种细胞记忆的基因。他们的研究指出,这些基因受到抑制时可有效地消除细胞的记忆,使得细胞更容易重编程。
不过,今年1月Stem Cell Reports杂志发表的一项研究对此提出了挑战。如果iPSC确实具有所谓的“表观遗传学记忆”,那么与源自于皮肤的iPSC相比,源自于血细胞的iPSC会更容易分化为血细胞。然而这项研究得到了相当明确的结果:当细胞被完全重编程时,它们的来源并没有造成什么差异。
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