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加州大學洛杉磯分校UCLA的干細胞研究者們首次發(fā)現(xiàn)胚胎內皮細胞(發(fā)育早期生成造血干細胞的場所)具有令人驚訝的可塑性。科學家發(fā)現(xiàn)一種轉錄因子(通過調節(jié)其他基因控制細胞命運的基因)的缺失，使造血組織中負責生成造血干細胞和祖細胞的前體細胞出人意料的生成了搏動的心肌細胞。 這想研究使胚胎內皮細胞可以作為心肌細胞的來源，將有助于人們將心臟干細胞應用于再生醫(yī)學，文章資深作者UCLA生命科學院分子、細胞和發(fā)育生物學副教授Hanna Mikkola博士說。
“結果叫人難以置信，超出了我們的想象，”Mikkola說。“胚胎血管系統(tǒng)的微環(huán)境一般是生成血細胞，而僅僅一個因子Scl的缺失居然能生成心臟細胞，從根本上將一個造血器官轉變成為一個心臟發(fā)生的器官。”
這項歷時兩年的研究發(fā)表在8月3日的Cell雜志上。
研究人員一開始還不敢相信他們得出的結論，至到后續(xù)實驗予以了證實。“為了確保沒有出錯，我們進行了重復實驗，發(fā)現(xiàn)結果還是一樣，”Montel-Hagen說“這說明Scl是調控的指揮者，指導內皮細胞的基因適時開啟或關閉。”
研究團隊通過芯片技術檢測在胚胎內皮細胞生成造血干/祖細胞中發(fā)揮作用的基因，他們發(fā)現(xiàn)當Scl缺失時，生成心肌細胞所需的基因被激活。而唯一的區(qū)別就是在決定細胞命運的過程中缺少了Sc。
“我們已經知道Scl具有負責調解血細胞發(fā)育的作用，當它缺失時血細胞不能生成，”Van Handel說。“然而去除Scl會使造血組織中形成完全功能的心肌細胞，這真是史無前例。”
研究人員對缺乏Scl的胚胎的卵黃囊yolk sac(血細胞生成的最初場所)進行了研究，發(fā)現(xiàn)其在四小時內生成了搏動的心肌細胞。研究人員還在心室壁內膜的Scl缺陷型胚胎中發(fā)現(xiàn)了類似的生成心肌細胞的潛能。
那這些內皮前體細胞是否能形成其他相關組織呢(如骨骼肌、骨或者腎)?研究人員進一步進行了分析，但并未發(fā)現(xiàn)相關遺傳學證據(jù)。研究人員總結道，這種內皮細胞在Scl缺失后的默認模式就是生成心肌細胞。
該研究也將有助于細胞重編程研究，細胞重編程是指通過添加因子誘導細胞進行轉化。研究人員指出，通過抑制Scl這種因子來推動細胞轉化為心肌細胞可能更加安全。
“該研究為心臟干細胞開辟了新的來源，”她說。“也為我們提供了更多關于心臟前體細胞生成和調節(jié)的信息，有助于引導人們找到生成新心肌細胞替代受損細胞的方法，以治療相關心臟疾病。”
研究人員計劃對這些由內皮細胞生成的心臟前體細胞的發(fā)育和再生能力進行深入研究，并希望揭示Scl同時控制兩種細胞分化途徑的機制。
原文摘要：
Scl Represses Cardiomyogenesis in Prospective Hemogenic Endothelium and Endocardium
Endothelium in embryonic hematopoietic tissues generates hematopoietic stem/progenitor cells; however, it is unknown how its unique potential is specified. We show that transcription factor Scl/Tal1 is essential for both establishing the hematopoietic transcriptional program in hemogenic endothelium and preventing its misspecification to a cardiomyogenic fate. Scl/ embryos activated a cardiac transcriptional program in yolk sac endothelium, leading to the emergence of CD31+Pdgfrα+ cardiogenic precursors that generated spontaneously beating cardiomyocytes. Ectopic cardiogenesis was also observed in Scl/ hearts, where the disorganized endocardium precociously differentiated into cardiomyocytes. Induction of mosaic deletion of Scl in Sclfl/flRosa26Cre-ERT2 embryos revealed a cell-intrinsic, temporal requirement for Scl to prevent cardiomyogenesis from endothelium. Scl/ endothelium also upregulated the expression of Wnt antagonists, which promoted rapid cardiomyocyte differentiation of ectopic cardiogenic cells. These results reveal unexpected plasticity in embryonic endothelium such that loss of a single master regulator can induce ectopic cardiomyogenesis from endothelial cells.
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