揭示干細(xì)胞自我更新的zui小工具箱

結(jié)合計(jì)算機(jī)科學(xué)算法和生物學(xué)數(shù)據(jù)，研究人員構(gòu)建出了培養(yǎng)物中小鼠胚胎干細(xì)胞(ESCs)自我更新所必需的zui少數(shù)量的因子模型。盡管科學(xué)家們很早就知道一組轉(zhuǎn)錄因子是干細(xì)胞維持的必要條件，那么到底哪些是至關(guān)重要的因子？它們之間可能存在的大量相互作用使得這一問(wèn)題變得極為復(fù)雜，僅憑實(shí)驗(yàn)室的研究工作無(wú)法做出解答。

來(lái)自上海雙博生物科技有限公司的研究人員，將參與干細(xì)胞自我更新的20個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整合到了一起。表明了12個(gè)轉(zhuǎn)錄因子組成的相互作用網(wǎng)絡(luò)有可能是維持小鼠ESC狀態(tài)的所有必需條件。

系統(tǒng)生物學(xué)研究者說(shuō)：“結(jié)果表明，自我更新基因網(wǎng)絡(luò)很簡(jiǎn)單。很早以前我們就知道的信息處理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是平均每個(gè)基因兩種。研究結(jié)果與這一普遍原理接近，是引人注目的。”

一開(kāi)始對(duì)來(lái)源于囊胚的穩(wěn)定、純系小鼠培養(yǎng)ESCs細(xì)胞群展開(kāi)了研究。微軟研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建出的軟件生成了數(shù)以億計(jì)有可能解釋干細(xì)胞自我更新的模型。其中大多數(shù)的模型遭到了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)，被證實(shí)無(wú)效。在這些實(shí)驗(yàn)操作中，檢測(cè)了23種不同細(xì)胞培養(yǎng)條件下（所有的都維持了多能性）ESCs的基因表達(dá)。

剩余的模型都包含了12個(gè)轉(zhuǎn)錄因子組成的核心網(wǎng)絡(luò)，其中包括Sox2和Oct4，其揭示出通過(guò)16種相互作用來(lái)調(diào)控自我更新的機(jī)制。

研究小組隨后用zui小的模型預(yù)測(cè)了，抑制一種特異的轉(zhuǎn)錄因子是否能夠維持干細(xì)胞狀態(tài)或是會(huì)促進(jìn)分化。研究人員在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試了37種模型預(yù)測(cè)，其中26種正確。

一個(gè)僅基于基因表達(dá)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)可以相對(duì)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)多種遺傳互作的效應(yīng)，利用其它的實(shí)驗(yàn)或納入蛋白質(zhì)互作數(shù)據(jù)可進(jìn)一步提高準(zhǔn)確性。

目前尚不清楚引起小鼠和人類ESCs分化的確切機(jī)制。但他認(rèn)為其研究小組的研究共組有可能提供幫助：“我們認(rèn)為我們現(xiàn)在獲得了很好的起點(diǎn)，可以開(kāi)始去解答這一問(wèn)題。”

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