BMP信號通路分階段調(diào)控ESC分化的分子機(jī)制

近日，發(fā)育生物學(xué)期刊Development發(fā)表了生化與細(xì)胞所景乃禾研究組的研究成果，揭示了BMP信號通路在小鼠胚胎干細(xì)胞神經(jīng)分化不同階段的功能。

小鼠胚胎干細(xì)胞（Embryonic Stem Cells，ESCs）是用于研究哺乳動物早期胚胎發(fā)育很好的體外模型。胚胎干細(xì)胞的分化調(diào)控機(jī)制研究是當(dāng)前干細(xì)胞研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。但小鼠胚胎干細(xì)胞的體外神經(jīng)誘導(dǎo)是否可以很好模擬體內(nèi)胚胎發(fā)育過程并不清楚。BMP信號通路在小鼠胚胎早期神經(jīng)誘導(dǎo)過程以及小鼠胚胎干細(xì)胞的神經(jīng)分化中都發(fā)揮了重要的功能。但是BMP信號通路如何發(fā)揮這些功能也不清楚。

在這項研究中，景乃禾研究組博士生張克兢、李凌宇等發(fā)現(xiàn)在小鼠胚胎干細(xì)胞神經(jīng)誘導(dǎo)的過程中有一個對BMP抑制敏感的時間段。該時期的細(xì)胞對應(yīng)于小鼠早期胚胎的上胚層細(xì)胞，并可通過體外培養(yǎng)得到上胚層干細(xì)胞。這些來源于體外培養(yǎng)的上胚層干細(xì)胞 （ESC derived EpiSCs, ESD-EpiSCs）與來源于體內(nèi)的上胚層干細(xì)胞，在基因表達(dá)、分化潛能等各方面都很相似?；谶@種ESD-EpiSCs，可以將小鼠胚胎干細(xì)胞神經(jīng)誘導(dǎo)過程分為兩個階段：從ESCs到ESD-EpiSCs階段，以及從ESD-EpiSCs 到神經(jīng)干細(xì)胞階段。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，BMP信號在小鼠胚胎干細(xì)胞神經(jīng)誘導(dǎo)的兩個階段有不同的功能：它在前一個階段通過抑制FGF/ERK信號通路以及上調(diào)Id基因抑制了ESCs分化為EpiSCs，而在后一個階段則通過Id等基因促進(jìn)ESD-EpiSCs向非神經(jīng)組織分化。

該研究是將小鼠胚胎干細(xì)胞神經(jīng)分化分為兩個不同階段，為小鼠胚胎神經(jīng)分化的體內(nèi)和體外對應(yīng)關(guān)系提供了重要實(shí)驗證據(jù)，為深入理解信號通路在維持干細(xì)胞性和命運(yùn)決定之間的功能轉(zhuǎn)換，并為分階段研究早期胚胎發(fā)育過程的其他重要信號通路提供了一個全新的體外研究模型。