茎セル運命の細道は覆いを取った
茎セルはどのように識別を専門にしたものが- または茎セルにか単に残るため採用するために決定するか。新しい調査はセルは細道に信号を送ることを規定されるに沿って進歩するように"指示される" と仮定する慣習的な意見が余りに単純化している提案する。その代り、それはセルがちょうど少数のエンドポイントを最終的にもたらすネットワークの多重遺伝子の郡挙動によって区別する考えをサポートする- 同じ谷で着くためしかしながらhilltop の大理石が下りの経路の移動できるほぼ無限番号ように。
、青い大理石によって表される血の茎セルは成長因子に露出されたとき新しい“attractor の状態、” に落ちる; 赤血球になるために景色の谷として描写される。微分のような異なった影響は、同じattractor の州に、缶の鉛の茎セル考慮するが、いつも丘の下で) 転がす(ちょうど大理石が別の経路を取るかもしれないので各セルはそこに着くためにけれども景色非常に異なった経路を取ることができる。信用: Graham Paterson のChildren’s の病院ボストン
性質の5 月22 日問題で出版される調査結果はその郡挙動がどのようにに働く与え、セル人口が性質が良い状態の下で変更のために利用できる組み込みの可変性を維持することを示すか一見を。調査結果はまたずっと実験室の特定の血統への茎セルを区別するプロセスが非常に非能率的なぜのであるか説明を助ける。
、子供の管の生物学プログラムのMD/PhD 学生はSui 黄、小児病院のボストン管の生物学プログラムのMD 、PhD 、訪問の助教授(今またカルガリーの大学の能力で) 、およびHannah Chang によって導かれて、研究者白血球progenitors または赤血球progenitors に似合う血の茎セルがどのように"ことにする" か検査した。
彼らは始め表面上は同一の血の茎セルの人口の検査によって、"stemness のセルマーカーが、" Sca-1 と呼出された蛋白質セルからのセルに非常に可変的な量に実際にあったことが分った実際は- 、1,000 折る範囲を見つけた。1 つは低いSca-1 セルが自発的に区別したそれらのセル単にであると考えるかもしれない。但し、黄及びChang が低速を表現するセルを分けたときにSca-1 の中型及びハイレベルは及びそれらをの各子孫どんなレベルにもかかわらずから開始したかセル人口が9 日または多く上のSca-1 レベルの同じ広い範囲を要約した、培養した。
"私達はそして頼んだり、またである別のこれらのセル生物学的にか。" 黄を言うペーパーの年長の著者。"それはひっくり返し、彼らを微分で劇的に異なっていた。"
Sca-1 7 倍の低水準が付いている血の茎セルは頻繁に赤血球progenitors にerythropoietin 、赤血球生産を促進する成長因子に露出されたときSca-1 のセルより高く区別した。茎セルが白血球形成を刺激するgranulocyte 大食細胞のコロニー刺激の要因…にさらされたときに逆に、Sca-1 で最も高いそれらは白セルになって本当らしかった。まだ、両方の実験で、セルの3 グループすべては茎セルの特性を保った。
黄及びChang はそれから蛋白質GATA1 及びPU.1 の赤及び白血球に普通微分を支持するトランスクリプション要因を、それぞれ見た。Sca-1 (最も傾向があった赤血球になるため) で低く、持っていた大いにより多くのGATA1 を血の茎セルはより高い及び媒体Sca 1 のセル。Sca-1 で高い茎セルに(及び傾向がある最少に赤血球になるため) PU.1 のハイレベルがあった。
しかしSca-1 の最も重要に、相違、3 つのセルグループを渡るGATA1 及びPU.1 レベル区別するセルの傾向の可変性がように、より少なく顕著な終わる時間はなり相違は一時的である提案する。
最終的なステップでは、セルの全体のゲノムを見るのに黄及びChang はmicroarrays を使用した。再度、彼らは外見上均一セル人口内の途方もない可変性を見つけた: 3,900 以上の遺伝子は低く、高いSca 1 セルの間に特異的に(回された"on" か".off.") 表現された。そして再度、この可変性はダイナミックだった: 相違は中間のグループのそれのような多くになる低く、高いSca 1 セルの遺伝子作業の長期間に、減少した。
一緒に、調査結果は遺伝子作業の遅い変動か循環が安定状態のセルを維持しがちであるケースを作る条件が右いつであるか区別するためにまたそれらの発動を促している間。
"セルが遺伝的に同一公式に、同じクローンに属すれば均一、その人口の個々のメンバーはかなり異なっているいつでも、" 黄を言う。"この不均質通常任意` の測定の騒音、' はと、` の遺伝子表現の騒音として最近見られてしまった。' しかしそれは非常に重要であることをなりである茎セルのmultipotency のための基礎- 多重血統に区別する機能。"
"性質可変性を作成する非常に優雅で、簡単な方法を作成し、安定したレベルのそれを、組織的の維持することは、制御された方法で環境の変更に答えることをセルが可能にして" はChang をペーパーの最初著者追加する。
実際に、作業は茎の細胞生物学者が治療上のアプリケーションのための実験室の茎セルの区別に彼らのアプローチを変更する必要がある場合もある提案する。
"" 黄が言う今のところずっとプロセスは非常に非能率的である- セルの10 からまたは与えられるとそれらを区別させるものは何でも50 パーセントただホルモンに答える。"セルの固有の不均質のためにそうなったものである。人々はずっともっとそしてより複雑にされたstimulator のカクテルを見つけているが、私達はプロセスを不均質を利用し、区別するために既に非常に。"安定するセルを識別することによってより有効にさせることができる
Chang は既に区別しがちであるが茎の細胞分化が茎セルの右のsubpopulation をすみやかにことを選択し、それらを刺激することによってより有効に劇的に作ることができることを示すフォローアップの実験をしてしまった。"私は複雑になるどんなを使用して性質が既に持っているか何もしていない- ちょうど、" 彼女は言う。
しかし調査結果はまた生物学者に生物的プロセスについてどのように考えるか変更するために挑戦する。作業は安定した"attractor 状態の方に移動する生物系の考えを" の物理学から借りられる概念サポートする。この場合、血の茎セルは血の茎セルに残りがちであるけれども時々- 即ち、赤または白血球progenitors バランスをひっくり返し、他のattractor の州に下らせるにはそれらを十分である場合もある蛋白質の生産及び遺伝子作業の固有の変動を経験する。特定の成長因子はバランスをひっくり返すことができるがこれらの要因はセル異なった運命の方にガイドのその全面的な景色の部分である。大理石行く下り坂意志結局に下る谷によってが景色の形に左右される谷で終了するため、しかし。
"成長か微分はただ高めるセルが育つか、または区別する確率を、" 言うDonald Ingber 、MD 、PhD の、黄とプロジェクトのChang の顧問として、役立ったペーパーの共著者を考慮する。"細胞分化であるアンサンブルの特性、規定する相互作用のシステム・アーキテクチャそしてセットで郡挙動、固有。" は
、はじめて確立される黄による前の調査は同じ谷である特定のセルが景色によって非常に別の経路を取る隣からの遺伝子作業の非常に別のパターンを表わすことができるけれどもこと終了する。彼及び彼の同僚は2 つの完全に異なった薬剤…(DMSO 及びretinoic 酸) に前駆物質のセルをさらし、密接にセルの遺伝子表現を監視した。最終的に一点に集中したときに、それらが取った及び遺伝子表現のパターンは日7 まで完全に異なっていた分子経路しかしneutrophils (タイプの白血球) になるために結局区別されるセルの両方のグループ。
景色の類似および集合的な"意志決定" は線形細道で機能する単一の遺伝子に焦点を合わせがちである持っている生物学者に不慣れな概念である。これは作業を出版すること困難に注意する黄に最初にさせた。"生物学者が単一の細道について考えることからすべての可能な細道の全体の数学明示の景色について考えることに移ることは堅い" 彼言う。"単一の細道は全プロセスを理解するよい方法でない。私達の目的はずっとそれの後ろの駆動力を理解することである。"