廣州生物院發現多能性獲得中細胞器重塑的亞細胞水平事件

　　7月19日，國際學術雜志《自噬》（Autophagy）在線發表了中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院劉興國研究組的最新研究成果BNIP3L-dependent Mitophagy Accounts for Mitochondrial Clearance during Three Factors Induced Somatic Cell Reprogramming。本文威正翔禹/締一生物為您分析廣州生物院發現多能性獲得中細胞器重塑的亞細胞水平事件。

    該研究以Yamanaka三因子介導的體細胞重編程為研究模型，在亞細胞水平發現了多能性獲得中內涵體、自噬體、線粒體等細胞內膜系統膜轉運，進行細胞器組分重塑和功能變化的規律。

　　“相濡以沫”，出自《莊子？大宗師》，指泉水干了，魚之間吐沫互相潤濕。細胞由具有豐富膜結構的細胞器構成，而多能干細胞在命運轉變中細胞器之間如何相濡以“膜”，一直不清楚。細胞器是分布在細胞質內具有特定形態和功能的微結構，如線粒體、內涵體、自噬體、溶酶體等，它們相互協調，在細胞的代謝變化、信號轉導、核質作用中發揮重要作用。體細胞作為特化細胞，需要特化的細胞器來發揮其功能，例如，體細胞大量的能量需求通過有氧呼吸進行，需要數量豐富，內嵴成熟的線粒體；相反，多能干細胞以細胞質的糖酵解為主，線粒體數目稀少，內嵴不成熟。至今，干細胞命運轉變中細胞內膜系統的重塑，是一個尚不清楚的基本科學問題。

　　體細胞重編程技術不僅極大地推動了再生醫學的發展，同時也為細胞命運決定的機理研究提供了一個理想的體外模型。劉興國研究組以Yamanaka三因子“SKO（Sox2, Klf4, Oct4）”誘導的體細胞重編程模型，發現線粒體外膜受體BNIP3L在重編程的早期（第5-7天）發生瞬時的高表達，這一受體使線粒體被自噬體識別，吞噬，然后與溶酶體融合降解。這一過程不要依賴于線粒體電勢的降低，暨單個線粒體被降解的命運抉擇不依賴其功能良好或喪失，而依賴于外膜受體BNIP3L。進一步的研究表明，內涵體相關蛋白RAB5參與到了SKO重編程中線粒體發生自噬的膜結構mitophagosome的形成。

　　該研究展示了干細胞命運轉換中內涵體、自噬體、線粒體、溶酶體等多細胞器的高度動態和相互作用，及在蛋白機器的精確調控下的時空重塑規律，并揭示了其相應的功能變化機制。

　　該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院、廣東省、廣州市項目的支持。

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