造血干细胞体外培养 开发出在体外长期培养成体干细胞的方法

  在一项新的研究中,来自美国麻省总医院(MGH)等机构的研究人员开发出的一种新方法可能引发成体干细胞培养领域变革。研究人员描述了获得来自在日常治疗肺部疾病期间收集的各种组织样品中的气道干细胞(airway stem cell),并对它们进行增殖。这种方法似乎也可用于几种其他的组织,如皮肤、胃肠道内壁和生殖道。相关研究结果于2016年6月16日在线发表在Cell Stem Cell期刊上,论文标题为“Dual SMAD Signaling Inhibition Enables Long-Term Expansion of Diverse Epithelial Basal Cells”。

  “这种新方法为研究哮喘或慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)等任何一种气道疾病开辟了新途径”,论文通信作者、MGH再生医学中心科学家、哈佛医学院医学副教授Jayaraj Rajagopal博士说,“尽管我们在过去仅能够允许成体干细胞增殖几代,但是如今我们能够在多家实验室持续几年培养出足够多的成体干细胞用于实验。我们的方法也是非常简单的,避免了之前培养系统的复杂性,使得很多实验室更容易采用它。”

  人们已提出很多假设来解释在体外培养时只能有限地维持成体干细胞的性能,包括保护染色体末端的端粒丢失和细胞衰老。Rajagopal团队着重关注一种已知调节细胞生长和关键性分化过程的细胞信号通路。当被TGF-β和骨形态发生蛋白(BMP)等蛋白激活时,这种信号通路利用胞内蛋白SMAD将信号传递到细胞核。

造血干细胞体外培养 开发出在体外长期培养成体干细胞的方法

  在这项研究中,研究人员研究了抑制SMAD通路是否能够通过阻断体外培养的成体干细胞分化而促进它们增殖。在一系列实验中,他们首先证实TGF-β/BMP和SMAD信号通路在已分化的细胞中是有活性的,但在成体干细胞中是没有活性的。在发现阻断SMAD信号通路能够阻断小鼠气道干细胞分化后,他们发现同时阻断TGF-β/BMP和SMAD信号通路允许气道干细胞增殖很多代。他们能够从支气管镜检(bronchoscopy)时采集的样品中获得人气道干细胞。引人注目的是,他们也成功地从一些痰液样品---咳嗽时从呼吸道排除的液体---中获得人气道干细胞并对它们进行维持。

  研究人员发现这一方法也可用于很多组织,包括皮肤、食道和乳腺等。这些器官中有不少当前还不能在体外培养,因此,还有待观察这些领域的科学家们是否能够培养来自利用其它侵入性最小的方法(如收集分泌物)获得的样品中的干细胞。如果经证实确实能够的话,那么它代表着个人化疾病研究方法取得重大进展。

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  基因特点

  基因有两个特点,一是能忠实地复制自己,以保持生物的基本特征;二是在繁衍后代上,基因能够“突变”和变异,当受精卵或母体受到环境或遗传的影响,后代的基因组会发生有害缺陷或突变。绝大多数产生疾病,在特定的环境下有的会发生遗传。也称遗传病。在正常的条件下,生命会在遗传的基础上发生变异,这些变异是正常的变异。

  含特定遗传信息的核苷酸序列,是遗传物质的最小功能单位。除某些病毒的基因由核糖核酸(RNA)构成以外,多数生物的基因由脱氧核糖核酸(DNA)构成,并在染色体上作线状排列。基因的复制与表达词通常指染色体基因。在真核生物中,由于染色体在细胞核内,所以又称为核基因。位于线粒体和叶绿体等细胞器中的基因则称为染色体外基因、核外基因或细胞质基因,也可以分别称为线粒体基因、质粒和叶绿体基因。

  在通常的二倍体的细胞或个体中,能维持配子或配子体正常功能的最低数目的一套染色体称为染色体组或基因组,一个基因组中包含一整套基因。相应的全部细胞质基因构成一个细胞质基因组,其中包括线粒体基因组和叶绿体基因组等。原核生物的基因组是一个单纯的DNA或RNA分子,因此又称为基因带,通常也称为它的染色体。

  基因在染色体上的位置称为座位,每个基因都有自己特定的座位。在同源染色体上占据相同座位的不同形态的基因都称为等位基因。在自然群体中往往有一种占多数的(因此常被视为正常的)等位基因,称为野生型基因;同一座位上的其他等位基因一般都直接或间接地由野生型基因通过突变产生,相对于野生型基因,称它们为突变型基因。

  在二倍体的细胞或个体内有两个同源染色体,所以每一个座位上有两个等位基因。如果这两个等位基因是相同的,那么就这个基因座位来讲,这种细胞或个体称为纯合体;如果这两个等位基因是不同的,就称为杂合体。

  在杂合体中,两个不同的等位基因往往只表现一个基因的性状,这个基因称为显性基因,另一个基因则称为隐性基因。

  在二倍体的生物群体中等位基因往往不止两个,两个以上的等位基因称为复等位基因。不过有一部分早期认为是属于复等位基因的基因,实际上并不是真正的等位,而是在功能上密切相关、在位置上又邻接的几个基因,所以把它们另称为拟等位基因。某些表型效应差异极少的复等位基因的存在很容易被忽视,通过特殊的遗传学分析可以分辨出存在于野生群体中的几个等位基因。

  这种从性状上难以区分的复等位基因称为同等位基因。许多编码同工酶的基因也是同等位基因。

  属于同一染色体的基因构成一个连锁群(见连锁和交换)。基因在染色体上的位置一般并不反映它们在生理功能上的性质和关系,但它们的位置和排列也不完全是随机的。在细菌中编码同一生物合成途径中有关酶的一系列基因常排列在一起,构成一个操纵子(见基因调控);在人、果蝇和小鼠等不同的生物中,也常发现在作用上有关的几个基因排列在一起,构成一个基因复合体或基因簇或者称为一个拟等位基因系列或复合基因。

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