关键词: Nanog Oct4 Sox2 胚胎干细胞 神经外胚层 中胚层 内胚层 自我更新
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胚胎干细胞在怀孕之后很快就产生,并且能够变成体内任何一种细胞类型。除了自我更新产生新的干细胞之外,细胞随着发育不断进行而变成越来越特化。科学家想理解自我更新和分化过程以便治疗很多疾病,如帕金森疾病,脊髓损伤,心脏病和阿尔茨海默病(Alzheimer's disease)。
科学家们已经鉴定出在发育早期有活性的三个基因Nanog、Oct 4和 Sox2是维持胚胎干细胞自我更新能力并阻止它们提前分化为“错误”类型细胞的能力而所必需的。因为胚胎干细胞的使用受到限制,对这些基因的很多研究一直是在小鼠中开展的。
这项新研究表明人胚胎干细胞在人类中发挥作用的方式与小鼠胚胎干细胞存在显著的差别。比如,在人类中,Nanog和Oct4一起来调节神经外胚层细胞(neuro-ectoderm cell)---产生神经元和其他中枢神经系统细胞的细胞系---的分化。相反地,Sox2抑制中胚层细胞---产生肌肉和很多其他组织类型的细胞系---的分化。Oct4与其他基因一起发挥协同作用,在调节全部4种早期细胞系中发挥着关键性作用,其中这4种细胞系是外胚层细胞、中胚层细胞和内胚层细胞---产生胃肠道、肝脏和胰腺等的细胞系---和自我更新产生的新干细胞。干细胞的自我更新也参与几种癌症类型的形成。
美国耶鲁大学干细胞研究中心遗传学助理教授和论文通讯作者Natalia Ivanova强调很多其他基因必须参与这些早期发育变化的调节,而且她的实验室目前正在研究这个问题。
相关研究结果于2012年4月6日发表在Cell Stem Cell期刊上。(生物谷:towersimper编译)
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doi:10.1016/j.stem.2012.02.016
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PMID:
Distinct Lineage Specification Roles for NANOG, OCT4, and SOX2 in Human Embryonic Stem Cells
Zheng Wang, Efrat Oron, Brynna Nelson, Spiro Razis, Natalia Ivanova
Nanog, Oct4, and Sox2 are the core regulators of mouse (m)ESC pluripotency. Although their basic importance in human (h)ESCs has been demonstrated, the mechanistic functions are not well defined. Here, we identify general and cell-line-specific requirements for NANOG, OCT4, and SOX2 in hESCs. We show that OCT4 regulates, and interacts with, the BMP4 pathway to specify four developmental fates. High levels of OCT4 enable self-renewal in the absence of BMP4 but specify mesendoderm in the presence of BMP4. Low levels of OCT4 induce embryonic ectoderm differentiation in the absence of BMP4 but specify extraembryonic lineages in the presence of BMP4. NANOG represses embryonic ectoderm differentiation but has little effect on other lineages, whereas SOX2 and SOX3 are redundant and repress mesendoderm differentiation. Thus, instead of being panrepressors of differentiation, each factor controls specific cell fates. Our study revises the view of how self-renewal is orchestrated in hESCs.