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研究人员发现正常发育过程中可以改变其身份的细胞

弗吉尼亚大学和其他机构的研究人员进行的一项新研究发现斑马鱼中的一种色素细胞可以在发育后转化为另一种细胞类型。

普拉特 - 常春藤基金会UVA生物系形态发生杰出教授David Parichy说,他实验室的研究人员注意到斑马鱼上的一些黑色素细胞变成灰色,最后变成白色。当他们看得更近时,他们发现了基因表达和色素化学的巨大变化。

他说:“我们意识到这些细胞隐藏在一个秘密的视线中。”“斑马鱼已被研究了30多年 - 我们对它们了解很多 - 但这是第一次注意到这种转变。这是一个非常令人惊讶的发现。”

独特的细胞群体释放出色素黑色素,在个体鱼的生命周期中颜色从黑色变为白色。这些特殊细胞位于鳍的边缘,它们似乎是其他斑马鱼的信号。

发达细胞直接分化成另一种细胞的能力非常罕见。通常这种变化需要实验性干预,在细胞分化或转化为其他东西之前,将细胞恢复到培养皿中的干细胞状态。

最近在线发表在“美国国家科学院院刊”上的这一新发现表明,一些发达的细胞可能比普遍认为的更容易改变。

“长期以来,发育生物学的观点一直是,一旦细胞完成其发育,就会保持这种状态,”领导这项研究的Parichy说。“我们发现情况并非总是如此;事实上,即使在最初的发展之后,也有一些罕见的细胞群能够变成新的东西。教条说这不应该发生。

干细胞发育成一种细胞或另一种细胞,然后这些分化的细胞通常保持这种状态 - 皮肤细胞停留在皮肤细胞,肌肉细胞保持肌肉,等等。但新发现的细胞,称为黑色素细胞,与人类相似,最初含有黑色素,然后失去它,并在其位置形成白色色素。这些细胞阻断了分子途径,否则它们会使它们产生黑色素并开启新外观所需的新基因。

这种改变的能力使得细胞成为理解细胞如何分化的良好研究模型,以及如何使细胞即使在动物体内也能分化成新的东西。

Parichy说,这一发现可能对再生医学产生影响,研究人员可能希望利用已经存在的细胞来制造各种细胞类型的替代组织。这种能力可用于治疗中风,脊髓损伤,心脏病发作或其他创伤后的患者。

“了解细胞如何能够改变其分化状态对于再生医学至关重要,因此有一个物种自然而然地做到这一点的例子是非常有价值的,”他说。

研究人员已经在使用干细胞来创造从肌肉到皮肤的各种细胞类型,但也许发达的细胞也可以发挥作用。Parichy希望他和其他研究人员从这些色素细胞的极不寻常的转变中学到什么,这将提供对这一过程的更多理解,也许还有如何通过重新编程细胞来操纵它。

“如果我们能够理解细胞如何从黑色变为白色,这对于帮助我们更好地更好地理解细胞具有意义,”他说。

该研究还表明,斑马鱼能够识别这些转化细胞是否存在,这影响了它们的社会相互作用。细胞位于鳍尖处,在社交互动中展开,如“举起旗帜”。因此,这些变成白色的黑色细胞可能会影响野外鱼类的相关性,对获取食物和配偶的后果以及避免食肉动物的影响。

值得注意的是,作者还在斑马鱼中发现了另外一组白细胞,以不同的方式制造,并且不同种类的鱼具有不同的这些种群的互补物。Parichy指出,这项研究“通过解决从基因到细胞,从行为到进化的各个层面的问题,真正展示了你能学到多少东西。”

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