轉(zhuǎn)錄因子濃度的時(shí)間波動(dòng)或會(huì)影響胚胎干細(xì)胞的分化命運(yùn)

蛋白質(zhì)濃度的時(shí)間變化如何影響生物學(xué)？這是一個(gè)生物學(xué)家們最近才開始研究解決的問(wèn)題，而且越來(lái)越多的研究結(jié)果表明，特定蛋白質(zhì)數(shù)量的隨機(jī)時(shí)間變化在生物學(xué)過(guò)程中起著直接而且重要的角色。近日，一項(xiàng)刊登在國(guó)際雜志Molecular Systems Biology上的研究報(bào)告中，來(lái)自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)濃度的時(shí)間波動(dòng)或能決定胚胎干細(xì)胞所轉(zhuǎn)變的細(xì)胞類型。

文章中，研究者對(duì)兩種名為SOX2和OCT4的重要轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)行研究，這兩種轉(zhuǎn)錄因子的水平在胚胎干細(xì)胞中會(huì)隨著時(shí)間的改變而發(fā)生改變，其對(duì)于胚胎干細(xì)胞的自我更新及分化為特定細(xì)胞類型都非常重要。為了監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)錄因子的時(shí)間波動(dòng)，研究人員進(jìn)行了非常復(fù)雜的基因工程操作，在一條胚胎干細(xì)胞線上制造了5個(gè)敲入的“報(bào)告”基因（reporter genes），這些是附在相關(guān)基因附近的基因，當(dāng)細(xì)胞中靶向基因被表達(dá)時(shí)，其就會(huì)產(chǎn)生可見信號(hào)，比如熒光，隨后當(dāng)其產(chǎn)生相應(yīng)蛋白時(shí)其就會(huì)“報(bào)告”。

利用這種方法，研究人員就能在活體細(xì)胞中隨著時(shí)間延續(xù)來(lái)監(jiān)測(cè)SOX2和OCT4的波動(dòng)情況，同時(shí)還能闡明這些波動(dòng)如何影響胚胎干細(xì)胞的命運(yùn)。研究者發(fā)現(xiàn)，上述任意一種轉(zhuǎn)錄因子水平的小變化都會(huì)影響細(xì)胞的命運(yùn)，但僅在細(xì)胞生長(zhǎng)的G1階段，增加SOX2的水平似乎會(huì)將胚胎干細(xì)胞推向神經(jīng)元型細(xì)胞分化方向，而提高OCT4的水平則會(huì)強(qiáng)烈地將細(xì)胞轉(zhuǎn)向分化為神經(jīng)元細(xì)胞和非神經(jīng)元細(xì)胞，其中的原因就是，較高的OCT4水平會(huì)增加分化因子對(duì)細(xì)胞染色質(zhì)的可及性。

最后研究者Suter表示，由于轉(zhuǎn)錄因子濃度的波動(dòng)在很大程度上由基因表達(dá)級(jí)聯(lián)的內(nèi)在隨機(jī)性所驅(qū)動(dòng)，這或許為我們改變細(xì)胞命運(yùn)從而達(dá)到治療目的的能力設(shè)定了基本的限制，后期研究中研究人員還將繼續(xù)深入研究來(lái)確定這些波動(dòng)是否能夠被部分所抑制，從而減緩其對(duì)控制胚胎干細(xì)胞命運(yùn)的影響。