世界生命科學前沿動態(tài)周報（三十六）

（12.13-12.19/2010）
美寶國際集團:陶國新 

 　　本周動態(tài)包括以下內(nèi)容：人體多能干細胞體外定向分化形成腸組織；CRTC3基因可放慢脂肪消耗速度；發(fā)現(xiàn)能顯著減緩生物鐘的化合物；降低基質(zhì)與細胞的機械力可使干細胞保持在多能狀態(tài)；p53失活使癌細胞獲得干細胞特性；果蠅生殖干細胞分化新機制。

1. 人體多能干細胞體外定向分化形成腸組織
【摘要】
　　據(jù)美國物理學家組織網(wǎng)12月13日報道，美國科學家首次在實驗室中將人體多能干細胞變成了功能性的人體腸道組織。辛辛那提兒童醫(yī)院醫(yī)學中心的科學家在12日出版的《自然》雜志在線版上表示，最新突破為人體腸道的發(fā)育、功能和有關疾病的研究打開了一扇大門，并有望研制出用于移植的腸道組織。該研究主要負責人、辛辛那提兒童醫(yī)院發(fā)育生物學分部高級研究員詹姆斯·威爾斯表示，這是科學家首次證明，皮氏培養(yǎng)皿（用作細菌培養(yǎng)的有蓋玻璃碟）中人體多功能干細胞能轉變?yōu)榫哂腥S架構、細胞組成成分同人體腸組織非常類似的人體組織。將干細胞變成腸道組織最終會讓罹患壞死性小腸結腸炎、炎性腸病、短腸綜合征的病人大大受益。
　　威爾斯團隊在研究中使用了兩類多功能干細胞：來自于幾個月大的人體胚胎干細胞（hESCs）和基于人體皮膚細胞的誘導多功能干細胞（iPSCs）。hESCs能變?yōu)槿梭w內(nèi)200多種細胞類型中的任何一種，因此也被稱為多功能干細胞。iPSCs可以使用病人的細胞來獲得，因擁有該病人的遺傳成分而不會發(fā)生排斥反應。威爾斯解釋到，因為iPSCs技術非常新穎，其是否具有hESCs所擁有的全部潛能還是未解之謎，因此，研究人員在本次實驗中使用了這兩種干細胞，以進一步測試和比較這兩種干細胞轉化為其他細胞的能力。為了將多功能干細胞變成腸道組織，科學家使用化學物質(zhì)和生長因子蛋白進行了一系列細胞操作，在實驗室中模擬出了胚胎腸的發(fā)育過程。科學家首先將多功能干細胞變成名為定型內(nèi)胚層的胚胎細胞，接著將胚胎細胞變成了名為“后腸定向祖細胞”的胚胎腸細胞。隨后，他們將胚胎腸細胞提交給促進腸發(fā)育的“親腸”細胞培養(yǎng)裝置。28天后，科學家獲得了類似于胎兒腸的成型三維組織，這種組織包含腸道所有的主要細胞，包括腸上皮細胞、帕內(nèi)特細胞和腸內(nèi)分泌細胞。這個組織會持續(xù)成熟，獲得正常人體腸組織擁有的吸收和分泌功能，并會形成腸特異性干細胞。
　　威爾斯表示，這個過程可以作為人體腸發(fā)育的研究工具，也可幫助科學家了解人體腸道在生病后的變化。由于大部分口服藥都通過腸道吸收發(fā)揮作用，該突破還將有助于科學家設計出更好的、更容易吸收的口服藥物。研究人員接下來將進行動物實驗，驗證該腸組織是否可以有效地用于移植手術中，并最終用來治療罹患腸道疾病的病人。

【點評】
　　通過模擬胚胎腸發(fā)育體外培養(yǎng)干細胞發(fā)育形成有一定功能的腸組織，是干細胞生物學向具有實際應用價值的方向邁出的重要一步，盡管依然受限于胚胎干細胞和誘導多能干細胞的來源和質(zhì)量。

【原文摘錄】Nature doi:10.1038/nature09691
Directed differentiation of human pluripotent stem cells into intestinal tissue in vitro
Jason R. Spence, Christopher N. Mayhew, Scott A. Rankin, et al.
Studies in embryonic development have guided successful efforts to direct the differentiation of human embryonic and induced pluripotent stem cells (PSCs) into specific organ cell types in vitro1, 2. For example, human PSCs have been differentiated into monolayer cultures of liver hepatocytes and pancreatic endocrine cells3, 4, 5, 6 that have therapeutic efficacy in animal models of liver disease7, 8 and diabetes9, respectively. However, the generation of complex three-dimensional organ tissues in vitro remains a major challenge for translational studies. Here we establish a robust and efficient process to direct the differentiation of human PSCs into intestinal tissue in vitro using a temporal series of growth factor manipulations to mimic embryonic intestinal development10. This involved activin-induced definitive endoderm formation11, FGF/Wnt-induced posterior endoderm pattering, hindgut specification and morphogenesis12, 13, 14, and a pro-intestinal culture system15, 16 to promote intestinal growth, morphogenesis and cytodifferentiation. The resulting three-dimensional intestinal ‘organoids’ consisted of a polarized, columnar epithelium that was patterned into villus-like structures and crypt-like proliferative zones that expressed intestinal stem cell markers17. The epithelium contained functional enterocytes, as well as goblet, Paneth and enteroendocrine cells. Using this culture system as a model to study human intestinal development, we identified that the combined activity of WNT3A and FGF4 is required for hindgut specification whereas FGF4 alone is sufficient to promote hindgut morphogenesis. Our data indicate that human intestinal stem cells form de novo during development. We also determined that NEUROG3, a pro-endocrine transcription factor that is mutated in enteric anendocrinosis18, is both necessary and sufficient for human enteroendocrine cell development in vitro. PSC-derived human intestinal tissue should allow for unprecedented studies of human intestinal development and disease.

2. CRTC3基因可放慢脂肪消耗速度
【摘要】 來源：新華網(wǎng) 發(fā)布時間：2010-12-17 11:18:28
　　為什么一些人竭力控制飲食依然肥胖？為什么一些人吃得不少照樣苗條？答案可能在基因中。美國一個研究小組發(fā)現(xiàn)，一種名為CRTC3的基因可以放慢脂肪消耗速度。人體若缺乏這種基因，則脂肪消耗快，不容易發(fā)胖。索爾克生物研究所生物學家馬克·蒙特米尼帶領的研究小組發(fā)現(xiàn)，普通老鼠和喪失CRTC3基因的老鼠正常進食時，兩者體重未發(fā)生明顯變化。但喂它們吃高熱量飲食后，只有正常老鼠發(fā)胖。另外，喪失CRTC3基因的老鼠棕色脂肪細胞數(shù)量是普通老鼠的兩倍。棕色脂肪細胞燃燒白色脂肪細胞中的脂肪，產(chǎn)生熱量，維持動物體溫。一些研究顯示，身材偏瘦者棕色脂肪細胞含量高于偏胖者。蒙特米尼告訴每日科學網(wǎng)站：“CRTC3可能是控制棕色脂肪細胞數(shù)量的開關，如果能產(chǎn)生更多棕色脂肪細胞，就可能控制肥胖?！毖芯咳藛T比較兩組墨西哥裔美國人的體重后發(fā)現(xiàn)，CRTC3基因活躍的一組偏胖。
　　蒙特米尼分析，人類在進化過程中，發(fā)展出應對饑餓的機制，即經(jīng)由CRTC3這類基因的表達，放慢燃燒脂肪的速度。這種機制對人類祖先意義重大，因為他們往往吃飽一頓要等好長一段時間才能獵取到下頓食物，需要在身體內(nèi)存貯熱量。那些體內(nèi)“省吃基因”活躍的人具有生存優(yōu)勢，可以長時間不吃東西存活。對現(xiàn)代人而言，這種機制可能是一種累贅，可能導致脂肪在體內(nèi)堆積，威脅健康。科學家上世紀60年代就想到人體內(nèi)可能存在“省吃基因”，當時對基因的認識遠不如現(xiàn)在。
 　　蒙特米尼帶領的研究小組希望他們的發(fā)現(xiàn)給治療肥胖癥、減少人們患糖尿病等疾病風險開拓一條新路?；谶@項研究，制藥企業(yè)可以開發(fā)藥物抑制CRTC3基因的作用。醫(yī)生可以從一個人體內(nèi)CRTC3基因活躍程度掌握這個人患肥胖癥風險是否偏高，從而采取應對措施。并非所有體內(nèi)CRTC3基因活躍的人都趨向發(fā)胖，例如，研究人員未發(fā)現(xiàn)這種基因與美國白人體重之間存在關聯(lián)。研究人員認為，生活環(huán)境和生活方式同樣會影響體重。蒙特米尼說：“治療糖尿病或肥胖癥的方法應該因人而異?！泵咳湛茖W網(wǎng)站的數(shù)據(jù)顯示，7200萬美國成年人受肥胖癥困擾。

【點評】
基因對肥胖的影響一定存在，但不是全部，而且因人而異，后天的環(huán)境影響也不可小覷。

【原文摘錄】Nature 468: 933–939， doi:10.1038/nature09564
CRTC3 links catecholamine signalling to energy balance
Youngsup Song, Judith Altarejos, Mark O. Goodarzi, et al.
The adipose-derived hormone leptin maintains energy balance in part through central nervous system-mediated increases in sympathetic outflow that enhance fat burning. Triggering of β-adrenergic receptors in adipocytes stimulates energy expenditure by cyclic AMP (cAMP)-dependent increases in lipolysis and fatty-acid oxidation. Although the mechanism is unclear, catecholamine signalling is thought to be disrupted in obesity, leading to the development of insulin resistance. Here we show that the cAMP response element binding (CREB) coactivator Crtc3 promotes obesity by attenuating β-adrenergic receptor signalling in adipose tissue. Crtc3 was activated in response to catecholamine signals, when it reduced adenyl cyclase activity by upregulating the expression of Rgs2, a GTPase-activating protein that also inhibits adenyl cyclase activity. As a common human CRTC3 variant with increased transcriptional activity is associated with adiposity in two distinct Mexican-American cohorts, these results suggest that adipocyte CRTC3 may play a role in the development of obesity in humans.

3. 發(fā)現(xiàn)能顯著減緩生物鐘的化合物
【摘要】 中國日報網(wǎng) 發(fā)布時間：2010-12-17 12:29:44
　　據(jù)美國物理學家組織網(wǎng)12月14日報道，美國研究人員在使用自動篩選技術尋找新藥品時，發(fā)現(xiàn)了一種能顯著減緩生物鐘的分子化合物，將其命名為“白日罪惡”。這一發(fā)現(xiàn)有望被用來開發(fā)新藥品，幫助需要倒時差的空中飛人和嚴重睡眠障礙患者。相關論文發(fā)表于《公共科學圖書館—生物學》（PLoS Biology）。
　　此項研究由美國加利福尼亞大學圣地亞哥分校生物科學院院長史蒂夫·凱的實驗室主導。實驗中，他們將生物鐘基因加入到可使螢火蟲發(fā)光的熒光素酶基因中，然后將其植入人的骨癌細胞中，這樣骨癌細胞就可以在生物鐘被激活時發(fā)光，從而可以直觀地得知細胞生物鐘的變化。在觀察了多達12萬種可能的化合物與人類骨癌細胞發(fā)生的反應后，研究人員篩選出了“白日罪惡”。在老鼠和幼年斑馬魚身上，研究人員同樣發(fā)現(xiàn)這種分子化合物能顯著減慢它們的生物鐘。之后，史蒂夫的團隊將隔離出的“白日罪惡”分子交給另一間實驗室的科學家做進一步研究，也得出了同樣的結論。有鑒于此，史蒂夫自信地表示：“從理論上來說，‘白日罪過’可以用于治療睡眠障礙?！?

【點評】
　　影響生物鐘基因的化合物既可能治療睡眠障礙，也可能擾亂生物節(jié)律，作為人工干預基因活動的后果人類還沒有把握完全掌控。

【原文摘錄】PLoS Biol 8(12): e1000559 doi:10.1371/journal.pbio.1000559
High-Throughput Chemical Screen Identifies a Novel Potent Modulator of Cellular Circadian Rhythms and Reveals CKIa as a Clock Regulatory Kinase
Hirota T, Lee JW, Lewis WG, et al.
The circadian clock underlies daily rhythms of diverse physiological processes, and alterations in clock function have been linked to numerous pathologies. To apply chemical biology methods to modulate and dissect the clock mechanism with new chemical probes, we performed a circadian screen of ~120,000 uncharacterized compounds on human cells containing a circadian reporter. The analysis identified a small molecule that potently lengthens the circadian period in a dose-dependent manner. Subsequent analysis showed that the compound also lengthened the period in a variety of cells from different tissues including the mouse suprachiasmatic nucleus, the central clock controlling behavioral rhythms. Based on the prominent period lengthening effect, we named the compound longdaysin. Longdaysin was amenable for chemical modification to perform affinity chromatography coupled with mass spectrometry analysis to identify target proteins. Combined with siRNA-mediated gene knockdown, we identified the protein kinases CKIδ, CKIα, and ERK2 as targets of longdaysin responsible for the observed effect on circadian period. Although individual knockdown of CKIδ, CKIα, and ERK2 had small period effects, their combinatorial knockdown dramatically lengthened the period similar to longdaysin treatment. We characterized the role of CKIα in the clock mechanism and found that CKIα-mediated phosphorylation stimulated degradation of a clock protein PER1, similar to the function of CKIδ. Longdaysin treatment inhibited PER1 degradation, providing insight into the mechanism of longdaysin-dependent period lengthening. Using larval zebrafish, we further demonstrated that longdaysin drastically lengthened circadian period in vivo. Taken together, the chemical biology approach not only revealed CKIα as a clock regulatory kinase but also identified a multiple kinase network conferring robustness to the clock. Longdaysin provides novel possibilities in manipulating clock function due to its ability to simultaneously inhibit several key components of this conserved network across species.

4. 降低基質(zhì)與細胞的機械力可使干細胞保持在多能狀態(tài)
【摘要】 Sciencedaily  2010-12-17 9:31:11
　　近日伊利諾大學的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新方法可使干細胞長期維持在中間狀態(tài)。研究論文發(fā)表在 PLoS One雜志上。在論文中研究人員稱他們利用一種軟凝膠培養(yǎng)小鼠胚胎干細胞(mESCs)可使細胞長期維持在多能狀態(tài)。并且無需加入昂貴的生長因子，這種軟基質(zhì)能在很長一段時間內(nèi)維持同質(zhì)克隆的生長?！斑@一技術在未來的再生醫(yī)學中有著巨大的應用前景，”研究的共同負責人、醫(yī)學科學和工程學教授Ning Wang說：“這是一個鼓舞人心的結果。我們的研究結果表明我們朝著揭示干細胞的基本生物學邁出了重要的一步?！?BR>　　在干細胞研究中將mESC維持在均一的多能狀態(tài)是一件非常困難的事情。多能干細胞可自發(fā)地分化，轉變?yōu)閷ｉT化的組織類型例如皮膚或肌肉。長期以來研究人員都是利用生長因子來維持mESCs的狀態(tài)不變，但是即便如此不久之后培養(yǎng)細胞還是會進入不同的分化階段，呈現(xiàn)不同的基因表達和形態(tài)。樣品的多樣性使得研究人員很難開展實驗誘導干細胞培養(yǎng)生成特定類型的組織?！拔覀兊哪繕司褪鞘雇|(zhì)的未分化細胞朝著我們感興趣的組織分化，并且一直使這些細胞保持同質(zhì)性，”伊利諾大學基因組生物學研究所的動物科學教授Tanaka說：“只有如此，才能生成特定的細胞類型，并最終實現(xiàn)多能干細胞的臨床應用?！?BR>　　在新研究中研究人員發(fā)現(xiàn)多能mESCs更傾向于粘附在一起形成圓形克隆，而克隆邊緣與堅硬的培養(yǎng)皿接觸的細胞則相對分化地更快一些?；诖爽F(xiàn)象，研究人員決定將研究方向集中到mESC的機械學而非化學研究上。進而研究人員發(fā)現(xiàn)相對于成熟的細胞干細胞要柔軟10倍，于是研究人員開始質(zhì)疑是否是培養(yǎng)皿和細胞間的機械力刺激了細胞分化。在早期的研究中王寧和Tanaka證實即使是很小的機械力也可直接影響細胞的分化。那么是否可以利用機械學來抑制干細胞分化呢？研究人員大膽地提出了假設。
　　研究小組將培養(yǎng)的mESCs細胞分成三個處理組進行平行試驗：第一組mESCs細胞的用常規(guī)的加入生長因子的培養(yǎng)基培養(yǎng)；研究人員將第二組細胞接種在與細胞同樣硬度的軟膠上培養(yǎng)，并加入生長因子；第三組的細胞同樣在軟膠上培養(yǎng)，但卻沒有加入生長因子。研究人員發(fā)現(xiàn)在軟凝膠上培養(yǎng)的細胞表現(xiàn)出更強的同質(zhì)性和多能性。甚至在缺乏因子因子的條件下，培養(yǎng)三個月，傳代20次后仍是如此?！笆澜缟系氖挛锒加袃擅嫘?。我們在發(fā)現(xiàn)機械力可以誘導干細胞分化后反其道行之，證實降低基質(zhì)與細胞的機械力可使細胞保持在多能狀態(tài)，”王寧說：“我們的研究證實機械環(huán)境具有與化學生長因子一樣重要的作用。在體內(nèi)，細胞只在一段短時間內(nèi)分泌生長因子。而另一方面，機械力則一直在影響著每個細胞?！痹诮酉聛淼脑囼炛?，研究人員想嘗試用誘導多能干細胞(iPSCs)來進一步驗證他們的軟基質(zhì)培養(yǎng)方法“我們將嘗試將小鼠iPSCs接種到同樣的軟基質(zhì)中培養(yǎng)，看看是否能夠獲得同質(zhì)的干細胞培養(yǎng)物。這一實驗如果能取得成功，其產(chǎn)生的影響將無疑是巨大的?！?Tanaka說。

【點評】
　　通過控制物理作用的影響極大的改進了干細胞培養(yǎng)的方法，對于大量獲得處于多能狀態(tài)的干細胞有很大幫助，有利于促進干細胞的基礎研究。

【原文摘錄】PLoS ONE   doi:10.1371/journal.pone.0015655
Soft Substrates Promote Homogeneous Self-Renewal of Embryonic Stem Cells via Downregulating Cell-Matrix Tractions
Farhan Chowdhury, Yanzhen Li, Yeh-Chuin Poh, et al.
Maintaining undifferentiated mouse embryonic stem cell (mESC) culture has been a major challenge as mESCs cultured in Leukemia Inhibitory Factor (LIF) conditions exhibit spontaneous differentiation, fluctuating expression of pluripotency genes, and genes of specialized cells. Here we show that, in sharp contrast to the mESCs seeded on the conventional rigid substrates, the mESCs cultured on the soft substrates that match the intrinsic stiffness of the mESCs and in the absence of exogenous LIF for 5 days, surprisingly still generated homogeneous undifferentiated colonies, maintained high levels of Oct3/4, Nanog, and Alkaline Phosphatase (AP) activities, and formed embryoid bodies and teratomas efficiently. A different line of mESCs, cultured on the soft substrates without exogenous LIF, maintained the capacity of generating homogeneous undifferentiated colonies with relatively high levels of Oct3/4 and AP activities, up to at least 15 passages, suggesting that this soft substrate approach applies to long term culture of different mESC lines. mESC colonies on these soft substrates without LIF generated low cell-matrix tractions and low stiffness. Both tractions and stiffness of the colonies increased with substrate stiffness, accompanied by downregulation of Oct3/4 expression. Our findings demonstrate that mESC self-renewal and pluripotency can be maintained homogeneously on soft substrates via the biophysical mechanism of facilitating generation of low cell-matrix tractions.

5. p53失活使癌細胞獲得干細胞特性
【摘要】
　　p53是人類重要的腫瘤抑制基因，正常p53的生物功能好似“基因組衛(wèi)士”,在G1期檢查DNA損傷點，監(jiān)視基因組的完整性。當基因組遭受損傷時，p53蛋白可阻止DNA復制，以提供足夠的時間使損傷DNA修復；如果修復失敗，p53蛋白則會引發(fā)細胞凋亡。當p53基因的兩個拷貝都發(fā)生突變時，細胞的增殖會失去控制，從而導致細胞癌變。近日來自薩克生物研究學院和普林斯頓大學高級研究所的研究人員在共同合作的一項研究中發(fā)現(xiàn)p53還可抑制癌細胞向更富于侵襲性的干細胞樣狀態(tài)轉化。研究人員根據(jù)p53的這個新功能將其稱之為“防止基因組重編程的衛(wèi)士（Guardian against Genome Reprogramming）”。研究論文發(fā)表在本周的 PNAS 雜志上?！氨娝苤?，低分化、細胞及遺傳異質(zhì)性是許多侵襲性和致死性癌癥的重要特征，”薩克生物研究所基因表達實驗室的Wahl教授說道：“最近有科學家提出這些特征是由于存在干細胞樣癌細胞所致。我們的發(fā)現(xiàn)表明p53突變可使腫瘤細胞重新獲得干細胞樣‘編程’?！薄鞍┘毎枰@得干細胞的某些特征例如永生性才能生存和適應不斷變化的環(huán)境。永生能力使得細胞能夠不斷自我更新，并能生成可分化為其他細胞類型的祖細胞，”Wahl說：“所有的腫瘤都是由癌細胞組成的不同的細胞聚集物，然而目前我們尚無法了解腫瘤異質(zhì)性形成的機制?！?BR>　　過去科學家們將腫瘤的細胞多樣性主要歸因于其具有遺傳不穩(wěn)定性。隨著腫瘤細胞群擴增，個別細胞發(fā)生隨機突變，細胞的分子特性開始出現(xiàn)差異，最終由成百萬的各不相同的癌細胞共同構成了腫瘤。此外一些科學家們還認為腫瘤的異質(zhì)性是由于完全定型和特化的細胞在腫瘤發(fā)生和發(fā)展的過程中發(fā)生了去分化所造成的。然而最終這一理論被丟棄，取而代之的當前流行的癌干細胞理論。癌干細胞理論認為腫瘤中存在一類重要的細胞即癌干細胞。這些癌干細胞有可能起源于正常干細胞或早期祖細胞，與其他腫瘤細胞不同它們具有自我更新的能力并可像正常干細胞一樣生成非干細胞?！拔覀兊难芯拷Y果表明與干細胞相似的癌細胞并不是早期腫瘤的組成部分，而是在腫瘤發(fā)生的后期隨著p53功能的喪失才出現(xiàn)的，“論文的共同作者、博士后研究人員Benjamin T. Spike說：“腫瘤異質(zhì)性有可能是由于不斷增長的基因組不穩(wěn)定性和與干細胞樣表型相關的表觀遺傳不穩(wěn)定性共同作用所致。”
在新研究中研究人員證實p53不止發(fā)揮了“基因組衛(wèi)士”的功能，這個腫瘤抑制因子同時還是阻斷體細胞重編程的一個重要障礙。
　　為了確定p53失活對于干細胞樣癌細胞出現(xiàn)的影響，Spike和Mizuno對乳腺癌和肺癌中的幾百個基因表達圖譜進行了嚴密地篩查，尋找干細胞樣的標記，檢測它們與p53狀態(tài)的聯(lián)系?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)p53突變或失活的腫瘤與干細胞在基因表達模式上有著密切的聯(lián)系，”Spike說：“p53喪失使得細胞克服了死亡和增殖障礙從而產(chǎn)生了致瘤性。”Wahl希望在接下來的研究中能夠更深入地了解腫瘤細胞向干細胞樣狀態(tài)轉化的過程。“腫瘤越接近干細胞狀態(tài)就越具有侵襲性，但是它們?nèi)匀痪哂蟹只癁檩^低侵襲性的細胞類型的能力，”Wahlshuo ：“如果我們能夠利用這一潛力，我們或許就能迫使這些細胞重新分化，從而降低它們的危險性。 ”

【點評】
　　該研究表明干細胞樣癌細胞不是腫瘤起因，而是結果，p53在腫瘤發(fā)生后期可以阻止腫瘤細胞向干細胞樣狀態(tài)轉化，從而降低其侵襲性。

【原文摘錄】PNAS  DOI: 10.1073/pnas.1017001108
Inactivation of p53 in breast cancers correlates with stem cell transcriptional signatures
Hideaki Mizuno, Benjamin T. Spikec, Geoffrey M. Wahlc, and Arnold J. Levine
Breast cancer comprises a heterogeneous set of diseases distinguishable from one another by pathologic presentation and molecular signatures. However, each breast cancer subtype is also heterogeneous. Some of the heterogeneity may be attributable to genetic instability, but recent data emphasize that developmental plasticity may also contribute. The p53 tumor suppressor could constitute a nodal control point underlying both sources of heterogeneity because it is frequently inactivated during malignant progression and has recently been shown to function as a potent barrier preventing fully differentiated cells from reverting to pluripotent stem cells after expression of appropriate oncogenes. Using archival microarray datasets, we tested the hypothesis that a p53 mutation could allow cells within a tumor to acquire a stem cell-like state by looking for coordinate expression of stem cell identity genes. We show that breast and lung cancers with p53 mutations do exhibit stem cell-like transcriptional patterns. Such tumors were also depleted for differentiation genes regulated by the polycomb repressor complex 2. These data are consistent with a model in which loss of p53 function enables acquisition of stem cell properties, which are positively selected during tumor progression.

6. 果蠅生殖干細胞分化新機制
【摘要】
　　干細胞是生物體內(nèi)少數(shù)處于無限增殖，未分化或低分化狀態(tài)并具有多種或一種分化潛能的細胞群。干細胞的獨特能力表現(xiàn)在于，通過不對稱分裂產(chǎn)生具有不同命運的兩個子代細胞，一個是通過自我更新，重新產(chǎn)生維持干細胞特性的新干細胞；而另一個子細胞則步入分化程序，進而形成新的組織，或替代生物體中損傷或丟失的組織和器官以維持生命活動的延續(xù)。而生殖干細胞如何維持其未分化狀態(tài)是這一領域的一項核心課題。之前的研究顯示，骨形成蛋白（BMP）對于維持果蠅生殖干細胞的未分化狀態(tài)具有重要的意義，這種作用因子可以通過分化因子Bam，抑制生殖干細胞的分化，但是這一具體的過程，至今科學家們還不是很清楚。
　　來自中科院動物研究所，清華大學生科院的研究人員發(fā)現(xiàn)了果蠅生殖干細胞分化的一種新機制，并且這一機制也可以延伸到斑馬魚和人類細胞，這對于分析生殖干細胞分化機制具有重要的意義。這一研究成果公布在上周的Cell雜志上。在這篇文章中，研究人員發(fā)現(xiàn)一種絲氨酸/蘇氨酸激酶：Fused (Fu)能調(diào)控Hedgehog，并與Smurf形成復合物，通過BMP應答系統(tǒng)操縱果蠅生殖干細胞的命運，而且研究人員在斑馬魚，以及人類細胞中也發(fā)現(xiàn)了相似的作用，這說明這一新機制可能具有廣泛的保守性。去年陳大華研究組還發(fā)現(xiàn)了泛素介導的細胞周期蛋白在調(diào)控干細胞命運方面的重要作用，他們以果蠅生殖干細胞為研究對象，發(fā)現(xiàn)泛素化過程相關的一種重要的基因effete——編碼一種泛素接合酶E2（Ubiquitin-conjugating Enzyme），在調(diào)控果蠅卵巢生殖干細胞的命運決定中發(fā)揮重要作用。
　　進一步運用遺傳學、生化及分子生物學等多種手段研究發(fā)現(xiàn)，Eff蛋白通過結合有絲分裂后期促進因子APC（一種多亞基的泛素連接酶E3）復合體中的dAPC2，介導細胞周期蛋白——Cyclin A的泛素化，從而通過調(diào)控Cyclin A蛋白水平的變化來影響生殖干細胞的命運。這將泛素化信號通路調(diào)控與干細胞的命運決定聯(lián)系起來，同時也表明了細胞周期調(diào)控因子直接控制干細胞的維持與分化。泛素化機理和細胞周期調(diào)控機制從酵母到高等哺乳動物高度保守，說明哺乳動物中可能存在相似的調(diào)控機制控制干細胞的命運。

【點評】
　　對于干細胞增殖與分化調(diào)控機制的認識又前進了一步。

【原文摘錄】Cell  doi:10.1016/j.cell.2010.11.022
The Fused/Smurf Complex Controls the Fate of Drosophila Germline Stem Cells by Generating a Gradient BMP Response
Laixin Xia, Shunji Jia, Shoujun Huang, et al.
Highlights
CB differentiation involves antagonism of BMP signaling through regulation of Tkv Fu regulates CB differentiation by antagonizing BMP signal via interaction with Tkv Fu acts in concert with Smurf to terminate BMP signal by ubiquitinating Tkv in CBs Fu has a conserved role in antagonizing BMP/TGFβ signals from fly to vertebrate.
Summary
In the Drosophila ovary, germline stem cells (GSCs) are maintained primarily by bone morphogenetic protein (BMP) ligands produced by the stromal cells of the niche. This signaling represses GSC differentiation by blocking the transcription of the differentiation factor Bam. Remarkably, bam transcription begins only one cell diameter away from the GSC in the daughter cystoblasts (CBs). How this steep gradient of response to BMP signaling is formed has been unclear. Here, we show that Fused (Fu), a serine/threonine kinase that regulates Hedgehog, functions in concert with the E3 ligase Smurf to regulate ubiquitination and proteolysis of the BMP receptor Thickveins in CBs. This regulation generates a steep gradient of BMP activity between GSCs and CBs, allowing for bam expression on CBs and concomitant differentiation. We observed similar roles for Fu during embryonic development in zebrafish and in human cell culture, implying broad conservation of this mechanism.