免疫荧光分析一组与肌肉纤维相关的增殖干细胞(灰色)。干细胞产生Dll1(红色)和MyoD(绿色)。其中两个细胞产生肌og(蓝色):它们正在分化形成新的肌细胞。请注意，蓝色、绿色和红色的叠加部分显示为白色。资料来源:MDC的Birchmeier实验室天富注册

 

三种振荡蛋白使新的肌肉细胞以平衡的方式从肌肉干细胞中产生。在《自然通讯》杂志上发表的一篇论文中，MDC研究员Carmen Birchmeier领导的团队详细解释了这一过程是如何运作的。

 

当肌肉生长时，因为它的主人还在生长或已经开始定期锻炼，这块肌肉中的一些干细胞会发育成新的肌肉细胞。当受伤的肌肉开始愈合时，也会发生同样的事情。然而，与此同时，肌肉干细胞必须产生更多的干细胞——即自我更新——否则它们的供应将很快耗尽。这就需要参与肌肉生长的细胞相互交流。天富注册

 

肌肉生长受Notch信号通路的调节

 

两年前,卡门Birchmeier教授领导的研究小组的负责人发育生物学/信号转导分子医学中心实验室在柏林的马克斯·德尔布吕克的亥姆霍兹联合会(MDC)表明,干细胞发展成肌细胞调控两种蛋白质的帮助下,Hes1 MyoD,祖细胞中产生一个振荡的方式——即,有周期性波动产生的细胞数量。

 

这两种蛋白都参与了Notch信号通路，这是一种广泛的细胞响应外界刺激并与其他细胞通信的机制。该信号通路以其受体“Notch”命名，配体“Delta”(一种细胞表面蛋白)附着在其上。

 

第三种蛋白质，类Delta-like1，起着关键作用

 

“在我们目前的研究中，我们已经提供了明确的证据，表明肌肉组织中的震荡不只是涉及到的一些奇怪的细胞现象，而且这些基因表达的节律性波动实际上对于以平衡和控制的方式将干细胞转化为肌肉细胞是至关重要的，”Birchmeier说。

 

与来自日本和法国的研究人员一起，Birchmeier和MDC的其他四位科学家也发现了第三种蛋白质的关键作用，它与Hes1和MyoD一起，在细胞内形成了一个动态网络。研究小组发表在《自然通讯》杂志上的报告称，这种蛋白质是Notch配体类Delta-like1，简称Dll1。“激活的肌肉干细胞以周期性波动的方式产生Dll1，振荡周期持续两到三个小时，”Birchmeier解释道，“每当一部分干细胞表达更多Dll1时，其他细胞中的数量就相应减少。”这种节律性信号决定了干细胞是成为新的干细胞还是发育成肌肉细胞。”

 

Hes1蛋白控制着干细胞的生长速度

 

Birchmeier和她的团队用分离的干细胞、单个肌肉纤维和老鼠做实验，进一步研究了Hes1和MyoD蛋白如何参与肌肉生长。“简单地说，Hes1起着起搏器的作用，而MyoD增加了Dll1的表达，”伊内斯·拉赫曼博士(Dr. Ines Lahmann)说，他是Birchmeier实验室的科学家，也是该研究的主要作者，与该团队的张姚一起。“这些发现不仅在我们的实验分析中得到了证明，而且在MDC的Jana Wolf教授和Katharina Baum博士建立的数学模型中也得到了证明，”Birchmeier说。

 

用变异老鼠做的实验提供了决定性的证据

 

在转基因小鼠的帮助下，研究人员获得了最重要的证据，表明Dll1振荡在调节干细胞向肌肉细胞的转化中起着关键作用。伯奇迈耶解释说:“在这些动物中，Dll1基因的一种特殊突变会导致这种蛋白质的产生延迟几分钟。”“这破坏了细胞群中Dll1的振荡产生，但并没有改变配体的总量。”

 

“然而，这种突变对干细胞有严重的影响，促使它们过早地分化为肌肉细胞和纤维，”进行了大部分实验的张博士报告说。结果，他说，干细胞很快就被耗尽了，这导致了老鼠后腿受伤的肌肉再生能力差，比受伤前的肌肉更小。张说:“很明显，这种微小的基因变化破坏了干细胞之间成功的交流——以振荡的形式。”