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就像是美丽的瓷器与水晶使用率很低一样,干细胞也是偶然才分裂,一般认为这主要的目的是保护干细胞免受不必要的伤害。但是来自洛克菲勒大学哺乳动物生物学与发育生物学实验室,霍德华休斯医学院,哈佛公共健康学院,波士顿布莱根妇女医院三所机构的研究人员通过发现阻止干细胞分裂的蛋白,认为干细胞并不需要这些“保护措施”来维持其潜能性。
生物通报道:就像是美丽的瓷器与水晶使用率很低一样,干细胞也是偶然才分裂,一般认为这主要的目的是保护干细胞免受不必要的伤害。但是来自洛克菲勒大学哺乳动物生物学与发育生物学实验室,霍德华休斯医学院,哈佛公共健康学院(Harvard School of Public Health,生物通注),波士顿布莱根妇女医院(Brigham and Women’s Hospital)三所机构的研究人员通过发现阻止干细胞分裂的蛋白,认为干细胞并不需要这些“保护措施”来维持其潜能性。这一研究成果公布在最新一期(01月25日)《Cell》杂志上。
领导这一研究的是洛克菲勒大学哺乳动物生物学与发育生物学实验室主任Elaine Fuchs博士,她与其同事对于干细胞需要什么条件来维持其再生组织的能力提出了疑问,这也许是解决脱发问题的关键所在。
Fuchs博士等人花费了5年时间发现一种称为NFATc1的蛋白是毛囊(hair follicle,生物通注)中干细胞少数几个高水平表达的蛋白之一,同时,临床实验也表明一种对于NFATc1具有特异性免疫抑制(immunosuppressant)作用的药剂:环孢菌素A(cyclosporin A)具有相对强的副作用——导致毛发生长过快。
NFATc1这种蛋白在2006年的一项研究中发现可以大量增加骨量,而环孢霉素能改变NFATc蛋白家族的形状和功能,因此通过改进小鼠的NFATc1,能使鼠体内长出大量新骨骼,这对于由骨骼变细造成的骨质疏松症意义重大,也是先前发现的NFATc1蛋白的重要作用。
在这篇文章中,研究人员发现在环孢菌素A的副作用与毛囊干细胞小室(隆起bulge)中的NFATc1的含量存在关联,他们用这种药物对小鼠进行治疗,这些小鼠比对照组小鼠毛发生长得快许多,之后研究人员又发现这种过快的毛发生长是由于干细胞活性的增加导致的——这个过程增加了毛发的生长。而且毛发会从其休眠期(干细胞休眠)转向生长期(干细胞增殖)。
干细胞为了维持其多能性,很少需要太多的休眠,这些研究成果让研究人员感到吃惊,因为一般认为干细胞偶然进行增殖,保护其免受可能导致脱发的突变或消耗,“好像曾经认为的休眠期是不必要的”,即使这些干细胞高度增殖,它们仍然维持着其干细胞特性”,Fuchs实验室的一位博士后,文章的第一作者Valerie Horsley表示。
利用来自哈佛医学院的遗传工程小鼠,Horsley等人进一步探索了缺失NFATc1蛋白的皮肤干细胞,他们发现这些小鼠与施用了环孢霉素A的小鼠很相近:NFATc1的缺失并没有阻止毛发的循环,而是减少了休眠期,提早进入了生长期。
为了了解介导这一过程的机制,研究人员将NFATc1这一转录因子的信号传递(能阻断提供细胞周期通过检控点的信号)卡断,结果发现NFATc1能阻止干细胞分裂,抑制没必要的伤害。如果同样的细胞施用环孢霉素A,则会出现NFATc1快速的丢失,导致这些检控点一路开“绿灯”。
目前这些缺乏NFATc1的增殖干细胞还没有出现导致肿瘤形成的现象——这常常是启动干细胞的一个危险副产物,Fuchs表示,“这是首次我们发现的激活毛发周期,但不会伴随肿瘤发生的例子”,“如果我们能控制不引发肿瘤的毛囊干细胞的活性过程,那么这将是往正确方向前进了一大步。”
(生物通:张迪)
原文摘要:
Cell, Vol 132, 299-310, 25 January 2008
NFATc1 Balances Quiescence and Proliferation of Skin Stem Cells
『Abstract』
附:
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斯坦福大学 Stanford Univ, 有着“西部哈佛”之称的斯坦福创办于1891年,学校位于富庶的加利福尼亚州,与美国文化底蕴丰富的旧金山(San Francisco)和有“高科技圣地”之称的硅谷(Silicon Valley)为邻,培育了不少顶尖级的科学家、企业家和学术界名人,在科研和学术领域双双取得骄人的成绩。斯坦福的过人之处在于它与工商业界和各政府部门有着密切关系,使它在天时、地利、人和方面取得优势,而跻身世界级大学
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芝加哥大学 Univ Chicago是一所成立于1892年的著名私立大学,由石油大亨洛克菲勒(John D.Rockefeller)投资建立。学校设有数十个学科专业,其中人类学、地球科学、经济学、地理学、历史学、语言学、统计学、社会学等学科专业在美国大学的相应领域排名中均居前十名,具有较强的学术实力
耶鲁大学 Yale Univ 成立于1887年,其前身是创建于1701年的一所教会学校,1718年更名为耶鲁学院。耶鲁大学如今已发展成为一所世界级名校,拥有来自美国和其他110多个国家和地区的11000多名学生,下设耶鲁学院(本科生院)、艺术与科学研究生院及10所专业学院,即建筑、艺术、神学、戏剧、林业与环境、法学、管理、医学、音乐和护理。耶鲁学院是耶鲁大学的核心,共有65个系所,每年开设2000多门本科课程
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波士顿大学 Boston Univ 是全美第三大私立大学。全校有两万九千八百多个学生,来自於全美五十州及一百廿五个国家,外籍学生人数比例为全美各大学之冠,学校拥有艺术学院,教育学院,大众传播学院等十五个学院
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Elaine Fuchs, Ph.D.
Elaine Fuchs is fascinated by skin and hair—two very distinct structures that develop from the same skin stem cell. By unraveling the biology of skin stem cells, she hopes to answer a question that has intrigued her for more than two decades: How does a skin stem cell decide to become skin or hair? Understanding skin stem cells' normal behavior is also helping Fuchs learn what happens when their growth goes awry. Her studies have already uncovered the genetic basis of blistering skin diseases and clues to the way skin cancers and inflammatory skin disorders develop.
Her research may also hold clues for deciphering the extraordinary characteristics of stem cells that enable them to develop into distinct tissues and organs. "While there is much promise for stem cells in revolutionizing medicine, we must first learn more about stem cells before we can know whether this might be possible," she contends.
Unlike most other adult stem cells, skin stem cells can be easily grown in the laboratory. Studies by Fuchs have shown that multiple signaling pathways, including the Wnt and BMP pathways, influence how stem cells are coaxed to develop into hair follicles. Together, positive Wnt signals and antagonistic BMP signals lead to activation of a transcription factor, which induces the formation of a hair follicle bud. In the absence of these signals, stem cells develop into skin epidermis. This line of research may eventually lead to new ways to restore or inhibit hair growth. By exploring how stem cells are activated to proliferate and differentiate, Fuchs' work is having an impact on understanding how defective stem cells can cause cancers.
Fuchs believes strongly that research scientists do not operate in a vacuum but rather have an "obligation to a larger community of scientists, government, and the public," she said. "I feel that the best way I can teach and mentor is to lead by example—through a love and enthusiasm for my science, a dedication to research and an awareness of the medical and ethical implications involved, and by setting up the right environment conducive to learning."
Dr. Fuchs is also Rebecca C. Lancefield Professor of Mammalian Cell Biology and Development at the Rockefeller University.
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