Nature：干细胞研究打开未知世界的大门

日前，来自德克萨斯大学西南医学中心（UT Southwestern）的研究人员首次成功地在成体干细胞中研究了蛋白质合成这一重要的生物学过程。这是长期以来科学家们一直努力想实现的一个目标。此外，他们还证实造血干细胞生成的精确蛋白质数量对于它们的功能至关重要。这些突破性的研究发现刊登在了近期出版的《自然》Nature杂志上。

在这项最新研究中，研究人员检测了蛋白质生成（翻译）过程，证实蛋白质合成不仅是干细胞调控的基础，对于它们的再生潜能也至关重要。

论文资深作者、德克萨斯大学西南医学中心儿科遗传学教授 Sean Morrison 博士表示：“我们揭示出了此前无人见识到的细胞生物学新领域。从未有人在成体干细胞中研究过蛋白质合成。这一研究发现不仅告诉了我们有关干细胞调控的一些新东西，也开启了我们研究机体许多细胞种类之间蛋白质合成差异的能力。我们相信这是一个尚未为人所知的生物学世界，它使得不同的细胞种类能够以不同的速度和不同的方式合成蛋白质，并且这些差异对于细胞生存极为重要。”

来自哈佛医学院的 Adrian Salic 博士实验室曾对抗生素嘌呤霉素进行化学修饰，使得研究人员能够显像及定量机体内个别细胞合成的蛋白质数量。论文第一作者、Morrison 博士实验室博士后研究人员 Robert A.J. Signer 发现，可以采用这一试剂来测量造血系统中干细胞和其他细胞合成的新蛋白质。

Morrison 表示：“我们获得的研究发现是惊人的。结果表明，不同类型的血细胞每小时生成了完全不同数量的蛋白质，特别是干细胞合成的蛋白质数量相比于其他的造血细胞要少得多。这一结果表明，造血干细胞的蛋白质合成速率比其他造血细胞要低。”

研究人员指出，这些研究结果也适用于核糖体某一组件发生遗传突变的小鼠模型，他们发现干细胞的蛋白质生成率减少了 30%。此外，科学家们还通过在造血干细胞中删除肿瘤抑制基因 Pten 提高了蛋白质合成率。在这两种情况下，干细胞功能均显著受损。

这些观察结果共同证实了，造血干细胞的蛋白质合成速率需要受到高度调控，蛋白质合成速率增高或降低都会损害干细胞功能。

Morrison 表示：“令人惊讶地是，当将核糖体突变小鼠与Pten突变小鼠放在一起饲养时，干细胞功能恢复至正常，我们大大延迟，并在某些情况下完全阻断了白血病形成。所有这一切都是因为干细胞中的蛋白质生成恢复至正常。就好像是负负得正一样。”

许多的疾病，包括神经退行性疾病和某些类型的癌症，都与蛋白质生成机器突变相关。而为什么会出现这样的结果还有待进一步理解。这些研究发现增加了这样一种可能性：蛋白质合成改变是许多疾病形成的必要条件。

Signer 博士表示：“许多人认为蛋白质合成是一种管家功能，因为它发生在所有细胞事件的背后。事实是许多的管家功能都受到高度调控，它们还没有得到充分的研究从而认识到细胞间的差异。我认为，我们在这项研究中看到的还只是冰山一角，在不同的细胞类型中蛋白质的生成过程有可能完全不同。”

原始出处：

Robert A. J. Signer, Jeffrey A. Magee, Adrian Salic, Sean J. Morrison. Haematopoietic stem cells require a highly regulated protein synthesis rate. Nature, 09 March 2014; DOI: 10.1038/nature13035