景乃禾研究组揭示Nodal信号的抑制对小鼠上胚层干细胞向外胚层命运特化的重要作用

        6月28日，国际学术期刊Stem cell reports在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所景乃禾研究组的论文“Suppressing Nodal Signaling Activity Predisposes Ectodermal Differentiation of Epiblast Stem Cells”。该研究通过抑制Nodal信号，从小鼠上胚层干细胞诱导并建立了可自我更新的干细胞系，并发现这种Nodal抑制的上胚层干细胞的基因表达谱类似原肠运动时期的外胚层。不仅如此，这些Nodal抑制的上胚层干细胞在体外和体内均只能向外胚层分化，而不具备向中内胚层分化的潜能。

 

        细胞命运决定过程的调控机制是发育生物学及干细胞研究领域的关键问题之一。在小鼠胚胎早期发育过程中，上胚层细胞经过原肠运动形成外、中、内三个胚层，将来发育形成完整个体。目前中内胚层发育的信号和决定因子了解相对较多，例如它们都依赖Wnt或Nodal信号；对于外胚层的研究则相对较少，甚至对是否存在外胚层都并不清楚，也缺乏外胚层的体外细胞模型。在景乃禾研究员的指导下，刘畅博士等在上胚层干细胞中通过抑制Nodal信号通路，获得了一种可自我更新并且具有外胚层特性的干细胞系。实验证明外胚层干细胞在转录组类似胚胎上胚层的前端特性，在体外体内的分化中，外胚层干细胞都丢失了向中内胚层的发育潜能。体外外胚层干细胞系有可能作为一种新的多能干细胞类型，有助于详细分析外胚层的分子机制；这一研究结果也为阐明发育信号对细胞命运及发育可塑性的影响、认识干细胞的全能性与分化潜能以及干细胞转化医学应用等提供了全新的视角和理论指导。

 

        刘畅博士为本文的第一作者，景乃禾研究员为论文通讯作者。该项工作得到了英国皇家科学院院士、澳大利亚悉尼大学Patrick Tam教授、生化与细胞所李劲松研究员、多伦多病孩医院Janet Rossant教授的大力帮助。该研究课题得到了中科院干细胞与再生医学先导科技专项、科技部和国家自然科学基金委的经费支持。数据收集工作得到了生化与细胞所动物实验技术平台、分子生物学技术平台、细胞分析技术平台的大力支持。

 

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