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颠覆传统认识 干细胞如何书写“不朽”传奇

2007.8.31

《自然》:哺乳动物造血干细胞的分裂方式与其他细胞并无二致
 
生物学中有一种长期存在的认识:干细胞避免使用经典的细胞分裂方式,从而保持自身正确性,不断创造出健康的子细胞。不过,一项最新的研究却彻底颠覆了这种认识,哺乳动物造血干细胞的分裂方式与其他细胞并无二致,它们自身的染色体在子代中是随机分配的。相关论文8月29日在线发表于《自然》杂志。
 
干细胞能够源源不断地为各个组织补充新鲜细胞,从而保证机体的平稳运行。不过,在每一次的染色体复制过程中,干细胞都要冒着新染色体发生突变的风险。30多年来,科学家认为,干细胞一定是通过不对称分离染色体来避免变异发生,即新复制产生的染色体都用于构建子代细胞,而干细胞自身的染色体保持不变,稳定地作为正确的模板。这种理论也就是所谓的“不朽链假说”(immortal strand hypothesis)。
 
然而,这一理论并不牢靠。一些研究找到了支持该理论的证据,而还有一些针对果蝇和蠕虫的研究则表明,DNA确实是随机在亲代和子代间分配的,干细胞没有“刻意”保留。
 
为了弄清哺乳动物中的情况,美国密歇根大学的干细胞生物学家Sean Morrison和同事对造血干细胞进行了深入研究。最初10天,他们在小鼠的饮用水中加入5-溴2-脱氧尿嘧啶核苷(简称BrdU),它能选择性地掺入到处于细胞DNA合成期的单链DNA核苷酸序列中。随后,研究人员将饮用水换成清水,并在40天、70天和120天后分三批杀死并分析了一些小鼠。科学家认为,如果所有的BrdU都存在于干细胞中,那么就支持了“不朽链假说”;反之,BrdU分散开来则说明干细胞在复制过程中染色体是随机分配的。
 
事实表明,120天后,造血干细胞中的BrdU只剩下大约2%。进一步的实验也支持了这一结论。Morrison表示,“我们丝毫没有发现不对称染色体分离的证据。”
 
美国卡内基研究院的发育遗传学家Allan Spradling表示,“新的研究结果表明,至少在造血干细胞中,不对称分离理论是不成立的。这对相信该机制的人来说,是一个相当严重的打击。” 

T干细胞(图片来源:Andrew Paul Leonard)

 相关阅读(英文)

《自然》论文摘要

Sean Morrison实验室主页 

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