胚胎中的蛋白质信号传导远比以前认为的复杂
赖斯大学的科学家表示，发育胚胎中的细胞如何沟通在很大程度上取决于环境。
他们发现称为WNT的蛋白质信号通路及其相互作用比以前认为的更具动态，因为不同细胞类型对相同信号的反应显着不同。
研究人员已经知道，WNT在细胞膜上传递信息，是生物体早期发育的核心，后来有助于稳定成人细胞。现在，他们正在更全面地了解该途径的功能。
根据Rice生物科学家Aryeh Warmflash和研究生以及第一作者Joseph Massey的说法，在生命起点附近，WNT信号提供了来自细胞外的关键发育线索。这些细胞外WNT信号通过触发影响细胞核中基因表达的β-连环蛋白来帮助指导细胞分化。
他们发现WNT途径不仅可以听取来自更广泛触发的信号，而且还可以在胚胎发育过程中影响新细胞类型的同一性，而这些新细胞类型本身也开始改变它们对WNT信号的解释。
该研究发表在“美国国家科学院院刊”上。
“我们知道，正在发育中的细胞成为体内所有不同类型的细胞，”梅西说。
“要在正确的时间和地点做到这一点，他们必须有某种位置定时线索，并相互分享信息，”他说。“虽然我们已经了解了所涉及的一些蛋白质的特性，但我们还没有工具来理解它们。
“在这项工作中，我们使用现代基因编辑工具来观察这些转录蛋白中的一些，即WNT信号通路中的那些，”他说。
Warmflash表示研究人员以前专注于更成熟的细胞。“他们说，'哦，好吧，WNT途径可能在每个细胞中都是一样的，所以让我们把最简单的细胞研究一下。'
“我们发现这是完全错误的，”他说。“WNT途径在干细胞和分化细胞中是不同的。细胞可能调节WNT途径的动态，使其在不同的环境中发挥不同的功能。”
该实验室使用了由Warmflash开发的细胞培养技术和单个人多能干细胞的实时成像，以查看和收集胚胎培养物变化的数据到一个很好的程度。为了追踪变化，他们使用CRISPR-Cas9基因编辑用绿色荧光蛋白标记β-连环蛋白，并观察它们在细胞核中积累。
“我们发现信号动力学 - 细胞如何响应信号提示 - 在多能细胞中与我们所研究的其他一些细胞类型发生的情况非常不同，”梅西说。“不仅如此，每当多能细胞开始分化为一种称为原条的细胞时，对信号的反应也非常不同。”
原始条纹是在胚胎发育早期形成的结构，建立有机体的双侧对称性并且作为原肠胚的焦点，其中多层分化开始。
“我们的研究首次强调了这种信号通路，动力学，细胞解释这些信号的方式，非常依赖于环境，”梅西说。
研究人员调查了这些动态变化的一些原因。他们发现，通过改变生长素和骨形态发生蛋白(BMP)的水平，这两者都是生长因子蛋白TGFβ“超家族”的成员，他们能够改变β-连环蛋白信号传导的动力学。由于TGFb因子也参与细胞分化，这可能是WNT信号在发育过程中动态变化的可能原因，Warmflash说。实验证明了干细胞中β-连环蛋白信号传导适应不断变化的环境的一种方式。
“有趣的是，所有这些发育途径在整个生物体的发育过程中都会被回收用于不同的角色，”梅西说。“起初，WNT信号通路可能指定不同的组织在正确的位置成为正确的组织类型。后来，它维持成年人的体内平衡或其他过程。
“真的，WNT途径会做各种各样的事情，”他说。“可能会发现信号的解释方式与路径所处的环境以及该路径的实际情况有关。但在我们开发这些工具之前，很难再提出这些问题。”
Warmflash说，由于在人类癌症中经常发现突变途径，因此理解这种机制在很多方面都很重要。
他说：“自然路径所做的事情比人们能够构建的东西复杂得多，复杂得多。”“如果你能理解它，你可以使用它。”
“我们仍然只了解早期开发工作的一小部分，”梅西说。“最终我们将能够用越来越多的预测模型来解释这些开发系统，并且为了达到目标，我们必须进行特定的定量测量。希望我们能够更好地了解细胞如何使用通路进行通信，临床医生有朝一日可能会利用这些动力来治疗疾病。”