開發出在體外長期培養成體幹細胞的方法

知識 06-19

在一項新的研究中，來自美國麻省總醫院(MGH)等機構的研究人員開發出的一種新方法可能引發成體幹細胞培養領域變革。研究人員描述了獲得來自在日常治療肺部疾病期間收集的各種組織樣品中的氣道幹細胞(airway stem cell)，並對它們進行增殖。這種方法似乎也可用於幾種其他的組織，如皮膚、胃腸道內壁和生殖道。相關研究結果於2016年6月16日在線發表在Cell Stem Cell期刊上，論文標題為Dual SMAD Signaling Inhibition Enables Long-Term Expansion of Diverse Epithelial Basal Cells。

這種新方法為研究哮喘或慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)等任何一種氣道疾病開闢了新途徑，論文通信作者、MGH再生醫學中心科學家、哈佛醫學院醫學副教授Jayaraj Rajagopal博士說，儘管我們在過去僅能夠允許成體幹細胞增殖幾代，但是如今我們能夠在多家實驗室持續幾年培養出足夠多的成體幹細胞用於實驗。我們的方法也是非常簡單的，避免了之前培養系統的複雜性，使得很多實驗室更容易採用它。

人們已提出很多假設來解釋在體外培養時只能有限地維持成體幹細胞的性能，包括保護染色體末端的端粒丟失和細胞衰老。Rajagopal團隊著重關注一種已知調節細胞生長和關鍵性分化過程的細胞信號通路。當被TGF-和骨形態發生蛋白(BMP)等蛋白激活時，這種信號通路利用胞內蛋白SMAD將信號傳遞到細胞核。

在這項研究中，研究人員研究了抑制SMAD通路是否能夠通過阻斷體外培養的成體幹細胞分化而促進它們增殖。在一系列實驗中，他們首先證實TGF-/BMP和SMAD信號通路在已分化的細胞中是有活性的，但在成體幹細胞中是沒有活性的。在發現阻斷SMAD信號通路能夠阻斷小鼠氣道幹細胞分化後，他們發現同時阻斷TGF-/BMP和SMAD信號通路允許氣道幹細胞增殖很多代。他們能夠從支氣管鏡檢(bronchoscopy)時採集的樣品中獲得人氣道幹細胞。引人注目的是，他們也成功地從一些痰液樣品---咳嗽時從呼吸道排除的液體---中獲得人氣道幹細胞並對它們進行維持。

研究人員發現這一方法也可用於很多組織，包括皮膚、食道和乳腺等。這些器官中有不少當前還不能在體外培養，因此，還有待觀察這些領域的科學家們是否能夠培養來自利用其它侵入性最小的方法(如收集分泌物)獲得的樣品中的幹細胞。如果經證實確實能夠的話，那麼它代表著個人化疾病研究方法取得重大進展。

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基因特點

基因有兩個特點，一是能忠實地複製自己，以保持生物的基本特徵;二是在繁衍後代上，基因能夠突變和變異，當受精卵或母體受到環境或遺傳的影響，後代的基因組會發生有害缺陷或突變。絕大多數產生疾病，在特定的環境下有的會發生遺傳。也稱遺傳病。在正常的條件下，生命會在遺傳的基礎上發生變異，這些變異是正常的變異。

含特定遺傳信息的核苷酸序列，是遺傳物質的最小功能單位。除某些病毒的基因由核糖核酸(RNA)構成以外，多數生物的基因由脫氧核糖核酸(DNA)構成，並在染色體上作線狀排列。基因的複製與表達詞通常指染色體基因。在真核生物中，由於染色體在細胞核內，所以又稱為核基因。位於線粒體和葉綠體等細胞器中的基因則稱為染色體外基因、核外基因或細胞質基因，也可以分別稱為線粒體基因、質粒和葉綠體基因。

在通常的二倍體的細胞或個體中，能維持配子或配子體正常功能的最低數目的一套染色體稱為染色體組或基因組，一個基因組中包含一整套基因。相應的全部細胞質基因構成一個細胞質基因組，其中包括線粒體基因組和葉綠體基因組等。原核生物的基因組是一個單純的DNA或RNA分子，因此又稱為基因帶，通常也稱為它的染色體。

基因在染色體上的位置稱為座位，每個基因都有自己特定的座位。在同源染色體上佔據相同座位的不同形態的基因都稱為等位基因。在自然群體中往往有一種占多數的(因此常被視為正常的)等位基因，稱為野生型基因;同一座位上的其他等位基因一般都直接或間接地由野生型基因通過突變產生，相對於野生型基因，稱它們為突變型基因。

在二倍體的細胞或個體內有兩個同源染色體，所以每一個座位上有兩個等位基因。如果這兩個等位基因是相同的，那麼就這個基因座位來講，這種細胞或個體稱為純合體;如果這兩個等位基因是不同的，就稱為雜合體。

在雜合體中，兩個不同的等位基因往往只表現一個基因的性狀，這個基因稱為顯性基因，另一個基因則稱為隱性基因。

在二倍體的生物群體中等位基因往往不止兩個，兩個以上的等位基因稱為復等位基因。不過有一部分早期認為是屬於復等位基因的基因，實際上並不是真正的等位，而是在功能上密切相關、在位置上又鄰接的幾個基因，所以把它們另稱為擬等位基因。某些表型效應差異極少的復等位基因的存在很容易被忽視，通過特殊的遺傳學分析可以分辨出存在於野生群體中的幾個等位基因。

這種從性狀上難以區分的復等位基因稱為同等位基因。許多編碼同工酶的基因也是同等位基因。

屬於同一染色體的基因構成一個連鎖群(見連鎖和交換)。基因在染色體上的位置一般並不反映它們在生理功能上的性質和關係，但它們的位置和排列也不完全是隨機的。在細菌中編碼同一生物合成途徑中有關酶的一系列基因常排列在一起，構成一個操縱子(見基因調控);在人、果蠅和小鼠等不同的生物中，也常發現在作用上有關的幾個基因排列在一起，構成一個基因複合體或基因簇或者稱為一個擬等位基因系列或複合基因。

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