eLife：幹細胞如何選擇自己的「職業」在機體中發揮作用？

2020-11-09 生物谷

「你長大後想做什麼？」，這個問題似乎每個孩子都會被問到，個別孩子可能會回答我相當醫生或者太空人，但大多數孩子可能會微笑著聳聳肩，但是，早在孩子理解選擇自己人生道路或概念之前（實際上當其還是胚胎時），其自身的幹細胞或許也會問同樣的問題，在某些時候，每個幹細胞都會決定自己長大後的命運，而這些決定是任何生物體發育的關鍵時刻。

日前，一項刊登在國際雜誌eLife上題為「Bimodal function of chromatin remodeler Hmga1 in neural crest induction and Wnt-dependent emigration」的研究報告中，來自加州理工學院等機構的科學家們通過研究重點分析了一類特殊的幹細胞群體—神經嵴（neural crest），其會沿著生物體的頭尾軸分布，這些細胞能分化為心肌、部分面部骨骼和其它類型的組織，這項研究中，研究人員利用雞胚進行研究揭示了Hmga1基因如何幫助早期胚胎形成神經嵴細胞。

圖片來源：Gandhi et al.,eLife, 2020

發育中胚胎的每個細胞都含有生物體一套完整的基因組，而基因組則是構建和維持整個生物體功能的完整說明書，在這本說明書中有一章關於基因的章節。細胞會根據其選擇來遵循特定的程序和過程，Hmga1基因所編碼的HMGA1蛋白就能幫助細胞開啟這些細胞過程，並根據需要來開啟或關閉多個基因的表達，研究者發現，HMGA1蛋白在胚胎發育的不同階段發揮著兩種獨特的作用。首先，HMGA1對於控制Pax7基因的表達非常重要，而Pax7基因則對於形成神經嵴細胞非常重要，如果沒有該基因的話，細胞就會轉化為中樞神經系統細胞。

當神經嵴細胞形成後，其就會從其起源的身體中心線遷移到胚胎的其它部位，比如心臟和面部等，這項最新研究中，研究者發現，HMGA1蛋白還能調節Wnt1基因，該基因能控制神經嵴細胞從神經管中正確分離出來並開啟發生遷移的能力。因此，HMGA1蛋白在幹細胞中擁有雙重作用，其既能協調神經嵴細胞的形成，又能開啟神經嵴的遷移；有意思的是，Hmga1基因是健康的胚胎發育所需要的，而該基因還參與到了諸如黑色素瘤和神經母細胞瘤等癌症的發生中，許多在發育中被開啟的基因在癌症中都會以一種不正常的方式被重新部署，如今研究者觀察到，神經嵴細胞轉變為遷移性細胞的過程實際上與癌細胞發生轉移類似。

研究者Bronner指出，當這些事情出錯時，個體在出生時就會出現缺陷，然而胚胎是一個高度自我組裝的系統，當然研究諸如HMGA1蛋白等因子也讓研究人員非常興奮，因為早期階段這些因子的小型突變或許就足以改變個體未來成年後機體的平衡並會誘發很多疾病。研究者認為，胚胎能夠進化出一種特殊方法，利用相同的基因來發揮兩種不同的功能，而這兩種功能對於神經嵴的發育是非常重要的。後期研究人員還將繼續深入研究探索幹細胞發揮自己功能的分子機制。（生物谷Bioon.com）

參考資料：

【1】Shashank Gandhi， Erica J Hutchins， Krystyna Maruszko， et al. Bimodal function of chromatin remodeler Hmga1 in neural crest induction and Wnt-dependent emigration，eLife (2020). DOI：10.7554/eLife.57779

【2】How stem cells choose their careers

by Lori Dajose， California Institute of Technology

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