华南理工高平课题组揭示线粒体动态平衡对干细胞胚胎发育潜能的决定性作用

时间:2018-12-18单位:生物医学科学与工程学院浏览量:892

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  近日,华南理工大学高平课题组、中国科学院动物所周琪课题组以及中国科学技术大学张华凤课题组联合在国际著名期刊Cell Metabolism在线发表题为“Mitochondrial dynamics is critical for the full pluripotency and embryonic developmental potential of pluripotent stem cells”的论文,揭示线粒体动态平衡对干细胞胚胎发育潜能的决定性作用。论文的第一作者是华南理工大学医学院、华南理工大学附属第二医院的钟秀颖博士。高平教授、周琪教授和张华凤教授为本文的共同通讯作者。

  该研究在世界上首次报道了线粒体动态平衡在调控干细胞全能性及细胞命运决定中的重要作用,加深了对于体细胞重编程和胚胎发育过程的理解,有重大的理论意义和潜在的应用前景。

  全能干细胞具有无限自我复制能力,并可以分化成所有类型体细胞、进而发育成完整生物体。2006年,Yamanaka等通过体细胞重编程技术成功地将已经分化的细胞转变为诱导型全能干细胞。2009年,中国科学院动物所周琪团队在Nature上报道利用四倍体补偿技术成功获得由iPS细胞发育成的小鼠,直接证实iPS细胞具有分化发育为个体的潜能。有趣的是,他们同时发现,除了可发育为生物个体的全能性iPS细胞之外,体细胞重编程过程中确实会产生无法发育成为成熟个体的部分全能性iPS细胞。此后,虽然在干细胞全能性维持、分化调节方面取得了很多成就,但决定干细胞具备真正全能性的关键因素及其调控机制仍不明了。

  本课题研究人员通过比较可发育为生物个体的iPS细胞以及具备部分全能性但无法发育成个体的的iPS 细胞,发现调控线粒体分裂的相关基因在部分全能性的iPS 细胞中异常高表达,从而导致这种细胞的线粒体呈现短小且内部结构混乱的“过度分裂”状态。研究人员进一步在具备不同发育潜能的iPS及ES细胞中改变线粒体分裂相关基因的表达,证实线粒体过度分裂会影响其在体外的分化潜能。重要的是,将基因改造过的干细胞植入代孕小鼠子宫内,用四倍体补偿实验成功验证了发生线粒体过度分裂的干细胞无法发育得到小鼠个体。机制研究发现,线粒体过度分裂会使得胞内钙离子水平升高,进而通过激活CaMKII,导致β-Catenin蛋白的降解,从而影响干细胞的分化潜能和胚胎发育过程。

  该研究得到了科技部、国家自然科学基金、中国科学院以及广东省引进创新团队等项目的资助。(图文/医学院 生命科学研究院)


  附:论文链接 https://doi.org/10.1016/j.cmet.2018.11.007

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