成體干細(xì)胞組織平衡機(jī)制研究獲新進(jìn)展

【資料簡介】

成體干細(xì)胞組織平衡機(jī)制研究獲新進(jìn)展
近日，*北京基因組研究所博士生胡政在翟巍巍博士和吳仲義教授共同指導(dǎo)下，通過與美國德克薩斯大學(xué)符云新（Yun-XinFu）教授合作，利用群體遺傳學(xué)理論建立了體細(xì)胞的溯祖模型（coalescentmodel），定量描述了干細(xì)胞的不同形式的分裂模式和細(xì)胞之間祖先關(guān)系樹之間的，研究發(fā)現(xiàn)小鼠腸道上皮成體干細(xì)胞維持組織平衡的分裂模式是一個 隨著年齡階段逐步演化的特征，這也是脊椎動物實體組織*次觀察到上述現(xiàn)象。該發(fā)現(xiàn)對于研究包括人在內(nèi)的高等動物的組織平衡具有非常重要的意義。該學(xué)術(shù)論 文已于2月28日在線發(fā)表在《PLoS遺傳學(xué)》（PLoS Genetics）上。

成體干細(xì)胞組織平衡機(jī)制研究獲新進(jìn)展
成體干細(xì)胞作為一類具有特定分化潛能的細(xì)胞，廣泛存在多細(xì)胞生物體的各種組織器官中，并具有維持組織平衡和再生的功能。在穩(wěn)定的環(huán)境中，成體干細(xì)胞 維持組織平衡的方式有兩種：一種是不對稱的分裂方式，干細(xì)胞每次分裂時，一個子細(xì)胞仍然維持干細(xì)胞狀態(tài)，而另一個子細(xì)胞進(jìn)入分化狀態(tài)。這種維持平衡的方式 被稱為細(xì)胞不對稱（cellasymmetry）模式；另一種是對稱的分裂方式，每次分裂時，干細(xì)胞兩個子代細(xì)胞的命運相同，要不都是干細(xì)胞，要不都是分化細(xì)胞。當(dāng)分裂成兩個分化細(xì) 胞的比例和分裂成兩個干細(xì)胞的比例相同時，群體中干細(xì)胞數(shù)量仍是平衡的。這樣的維持平衡的方式被稱為群體不對稱（populationasymmetry）模式。

以前的研究發(fā)現(xiàn)，從無脊椎動物（包括果蠅，線蟲）到脊椎動物（包括小鼠和人類），不同的組織所采用的平衡模式既有保守的一方面，也有差異的另一側(cè) 面。前期研究發(fā)現(xiàn)，無脊椎動物大多采用細(xì)胞不對稱模式（例如果蠅生殖干細(xì)胞，神經(jīng)干細(xì)胞），而脊椎動物組織更傾向采用群體不對稱模式（例如小鼠腸道表皮干 細(xì)胞，精原干細(xì)胞）。這些證據(jù)一般來自于干細(xì)胞譜系示蹤（lineagetracing）的實驗方法。由于一般缺少穩(wěn)健的特定成體干細(xì)胞標(biāo)記物，而且需要構(gòu)建定點轉(zhuǎn)基因重組體系和長時間示蹤，所以該方法具有很大的局限性。

群體遺傳學(xué)作為進(jìn)化生物學(xué)的一個核心分支，為研究細(xì)胞群體演化提供了很多理論和方法學(xué)的積累。在細(xì)胞群體中，干細(xì)胞不同的分裂模式會對細(xì)胞群體的更 新方式產(chǎn)生重要的影響，繼而會產(chǎn)生不同形式的細(xì)胞之間的祖先關(guān)系（genealogicalrelationship）。這樣的祖先關(guān)系和人類種群的家譜關(guān)系很類似。

北京基因組所研究人員利用不同年齡小鼠的腸道上皮細(xì)胞的單細(xì)胞測序數(shù)據(jù)，通過溯祖模型進(jìn)行了分析和推斷。研究發(fā)現(xiàn)，年輕小鼠（52天）的腸道干細(xì)胞 大部分采用*種細(xì)胞不對稱模式，而成年小鼠（340天）的腸道干細(xì)胞則*采用是第二種群體不對稱方式。該研究*次發(fā)現(xiàn)，成體干細(xì)胞維持組織平衡的分 裂模式是一個隨著年齡階段逐步演化的特征（見圖），這也是脊椎動物實體組織*次觀察到上述現(xiàn)象，對研究脊椎動物組織更新具有非常重要的意義。該研究結(jié)合 了單細(xì)胞測序，發(fā)育生物學(xué)，群體遺傳學(xué)在內(nèi)的多門學(xué)科，是多學(xué)科交叉的一次創(chuàng)新的嘗試。成體干細(xì)胞組織平衡機(jī)制研究獲新進(jìn)展