Eine bahnbrechende neue Studie, geführt von der Florida State University Biologen könnten grundlegend unser Verständnis von, wie die embryonalen Stammzellen die Differenzierung zu bestimmten Zelltypen.
Die Forschung, heute veröffentlicht in der Zeitschrift Stem Cell Reports, in Frage stellt Jahrzehnten wissenschaftlicher Konsens über das Verhalten von embryonalen Stammzellen, wie Sie den übergang zu endoderm, eine Klasse von Zellen in Tier-Embryonen, die Anlass zu der Verdauungs-und Atmungssystem.
David M. Gilbert, J. Herbert Taylor, Distinguished Professor of Molecular Biology in FSU Abteilung von Biologischen Wissenschaften, sagte, dass die Studie upends gut etablierten Vorstellungen, Wann embryonale Stammzellen chart Ihren unabänderlichen Kurse in Richtung einer festen endoderm Linie — in diesem Fall, Ihre schließliche Schicksal wie bestimmte Verdauungs-oder Atemwegserkrankungen Zellen.
„Dieses Papier die Herausforderungen, die langjährige Annahme, dass embryonale Stammzellen bleiben ganz aus Kunststoff und formbar während der frühesten Stadien der Zell-Engagement“, sagte Gilbert. „Wir zeigen, dass menschliche embryonale Stammzellen können sich verpflichten, irreversibel zu endoderm-Linien — Leber-und Pankreas-Zellen, zum Beispiel-sehr schnell.“
Die Ergebnisse stellen ein neues Kapitel in der Studie von embryonalen Stammzell-Differenzierung, ein Feld, das könnte der Schlüssel sein, um zu helfen Wissenschaftler und Kliniker entsperren verbesserte Therapien für eine Reihe von Krankheiten.
Mit einem ausgeklügelten Protokoll, entwickelt von der San Diego-basierte regenerative Medizin Firma ViaCyte, Gilbert und seine Mitarbeiter ausgesetzt ein Beispiel von embryonalen Stammzellen zu Kulturbedingungen entwickelt werden, damit die Zellen in der definitiven endoderm Bühne, eine fast-lane an spezialisierte Zell-Entwicklung. Das team dann schnell wieder zurück, die Zellen in ein Bad der Behandlung Faktoren, die entworfen, um Sie wiederherzustellen zu einem embryonalen Zustand.
Basierend auf früheren Studien, die Forscher vermutet, es würde Tage dauern, im endoderm Kultur, oder zumindest eine vollständige cell-division cycle, für die Zellen sich zu verpflichten, ein Entwicklungs-track.
„In der Tat, wir haben festgestellt, dass nach nur ein paar Stunden Belichtung an der endoderm-cocktail — – ein Bruchteil von einem cell division cycle — die Zellen, die zurückgegeben werden, um die Stammzellen-cocktail und weiter zu gehen durch die gleiche Reihe von gen-expression als die kontrollzellen, blieb in den endoderm-cocktail.“
In anderen Worten, nach einer bemerkenswert kurzen Bad im endoderm Kultur, die Zellen begangen hatte, voller Durchgang, um eine spezifische zelluläre Programm.
„Im Vorfeld der Experimente, über die hier berichtet, gab es keine Erwartung, dass eine frühe stem cell lineage Engagement wäre eine so schnelle und irreversible,“ Gilbert und seine co-Autoren schrieben in Ihr Papier.
Dies war nicht nur tief verwurzelte Annahme, herausgefordert durch das team der Studie. Die Wissenschaftler lange glaubten, dass die 3D-Organisation der Chromosomen im Zellkern werden beide außergewöhnlich starr und eng mit der Replikation timing-der Reihenfolge, in der die DNA-Segmente kopiert werden, bevor die Zellteilung. Es wurde angenommen, dass der einzige Weg, um zu konfigurieren, die Architektur wurde zu knacken öffnen Sie ein Zellkern, wenn seine Chromosomen waren werden geliefert an Ihre Tochterzellen.
Es stellt sich heraus, diese Annahmen wurden möglicherweise fehlgeleitet wie gut.
„Wir zeigen, dass Chromosom Architektur umgebaut, die lokal und schnell ohne Demontage des gesamten Zellkern — ähnlich wie verändert sich das Gerüst eines Gebäudes, ohne es zu zerreißen unten-das war ziemlich unerwartet“, sagte Gilbert. „Wir zeigen auch, dass diese änderungen in Chromosom Architektur auftreten, dynamisch und unmittelbar nach stimulation von Stammzellen zu endoderm. Dieser Befund zeigt, dass die Replikation und Architektur gehen nicht immer hand in hand, Sie können werden, was wir als ‚abgekoppelt.'“
Die Forscher, die Arbeit, die Entkoppelung der Replikation timing von Chromosom Architektur und zeigen die Fähigkeit, chirurgisch umgestalten, dass die Architektur könnte helfen, verfeinern die Wissenschaftler, das Verständnis der embryonalen Stammzellen Verhalten. Zusammen mit der Entdeckung, dass stem cell lineage commitment tritt immer schneller und irreversibel als erwartet, sagte Gilbert die Ergebnisse werfen kritische Fragen über die grundlegende Natur der Stammzellen und die Barrieren der Umwandlung einer Zelle in eine andere.
Wenn die Forscher nutzen diesen neu gewonnenen Erkenntnisse, konnten Sie beginnen, zu entwirren die Geheimnisse, wie und warum Stammzellen verpflichten, Ihre Entwicklungs-tracks und warum bestimmte Zellen sind besonders schwierig zu Programmieren.
Diese Informationen könnten informieren, die die Schaffung neuer, leistungsfähiger Werkzeuge zur Bekämpfung der Krankheit und mildern das Leid der Menschen.
„Die Tatsache, dass große Veränderungen in der Genom-Organisation und Ihre zeitliche Reihenfolge der Replikation kann umgebaut werden, so leicht, und dies korreliert mit einer irreversiblen Engagement so schnell in ein Zellkultur-system im Labor, bedeutet, dass wir möglicherweise in der Lage sein, um dieses system nutzen, um auf die Mechanismen, die Sie vertreten irreversible Engagement“, sagte Gilbert. „Wir haben nie erwartet, dass-wir erwarten unumkehrbare Engagement zu ergreifen, viel mehr Arbeit, Zeit und Kosten.“
Wissenschaftler von ViaCyte, der Emory University und der University of Georgia haben zu dieser Studie beigetragen. Finanziert wurde die Forschung durch die National Institutes of Health.