Nature Neuroscience :蛋白FIP200在神经干细胞维持和分化中起关键作用

在我们的大脑深处,一群干细胞时刻准备着在最需要它们的时间和地点产生新的脑细胞和神经元.当处于永久性的准备状态时,它们随时准备分化为当我们的细胞衰老或遭受损伤时可能需要的任何一种类型的神经元.

如今,在一项新的研究[1]中,来自美国密歇根大学医学院的研究人员揭示出这群干细胞维持这种状态的一个关键性途径：通过内部"大扫除",清除这些细胞内的垃圾,从而让它们自己保持干细胞状态.他们在小鼠体内证实一种被称作FIP200(focal adhesion kinase family interacting protein of 200 kD, 即分子量大小为200kD的黏着斑激酶家族相互作用蛋白)的特定蛋白控制着神经干细胞中的这种清除过程.缺乏FIP200时,这些关键性的干细胞遭受着它们自己的废弃物的损害,并且它们变成其他类型的细胞的能力也降低了.

这是首次证实这种被称作自吞噬(autophagy)的细胞自我清除过程在神经干细胞中发挥着重要作用.这些发现可能有助于解释为何衰老的大脑和神经系统更容易患病或遭受永久性损伤：这是因为细胞的自吞噬速度下降阻止身体派遣干细胞来替换受损或患病的细胞.如果这些在小鼠体内的发现也适用于人体的话,那么这项研究可能提供新的方法来预防或治疗神经疾病.

在一项相关的发表在Autophagy期刊上的综述性论文[2]中,密歇根大学科学家们和来自世界各地的同事们讨论了越来越多的证据证实自吞噬在胚胎干细胞、多种类型的组织干细胞和肿瘤干细胞中发挥着关键性作用.

随着科学家们继续开发基于干细胞的疗法,人们将更加深入地理解自吞噬在保持干细胞的健康和分化为不同类型细胞的能力上发挥着重要作用.

论文通讯作者Jun-Lin Guan博士说,"我们已很好地理解神经干细胞产生新的神经元的过程和这种过程的重要性,但是在分子水平上,这种过程的机制尚不明确.在这项研究中,我们证实自吞噬在神经干细胞维持和分化中发挥着关键性作用,并证实它发挥作用的机制."

他说,通过自吞噬,神经干细胞能够调节活性氧(reactive oxygen species, ROS)的水平,其中ROS能够在神经干细胞驻留的大脑区域中的低氧环境内堆积.异常高水平的ROS能够导致神经干细胞开始分化.

2010年,研究人员已证实FIP200在另一种被称作造血干细胞的干细胞中也发挥着重要作用.在这种干细胞中,剔除编码FIP200的基因导致它们大量分裂,并且最终被耗竭.但在当前的这项新的研究中,他们证实剔除FIP200基因导致神经干细胞死亡和ROS水平上升,而且只有加入抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine)才能抵消这些影响.

Guan说,明显的是,自吞噬在多种类型的干细胞中发挥着重要作用.在那篇发表在Autophagy期刊上的综述性论文中,研究人员详细地讨论了科学家们当前已知的这种过程在造血干细胞、神经干细胞、肿瘤干细胞、心脏干细胞和间充质干细胞中的作用.

研究人员当前也正在研究自吞噬在乳腺癌干细胞中的作用,这是因为在这种肿瘤干细胞中,剔除FIP200会影响肿瘤抑制基因p53的活性.此外,他们将研究除了FIP200之外,p53和另一种自吞噬过程的关键性蛋白组分 p62在神经干细胞自我更新和分化中的重要性.

与干细胞相关的拓展阅读：

• Oncogenesis：揭示维生素A降低前列腺癌干细胞侵袭性机制
• Clin Cancer Res. ：在HER2阴性乳腺癌中鉴定出HER2阳性干细胞
• Acta Biomater：新型干细胞装载运输技术可帮助眼睛受损者重获光明
• PLoS ONE：成功将成人胰腺干细胞转化为胰岛素产生细胞
• JAMA：干细胞修复心脏受损组织
• Hum Mol Genet：iPS可以作为遗传性黄斑变性的新型干细胞模型
更多信息请点击：有关干细胞更多资讯

FIP200 is required for maintenance and differentiation of postnatal neural stem cells

Despite recent studies showing that inhibition of autophagy depletes the hematopoietic stem cell pool and increases intracellular reactive oxygen species (ROS), it remains unknown whether autophagy is essential in the maintenance of other stem cells. Moreover, it is unclear whether and how the aberrant ROS increase causes depletion of stem cells. Here we report that ablation of FIP200 (also known as Rb1cc1), a gene essential for autophagy induction in mammalian cells, results in a progressive loss of neural stem cells (NSCs) and impairment in neuronal differentiation specifically in the postnatal brain, but not the embryonic brain, in mice. The defect in maintaining the postnatal NSC pool was caused by p53-dependent apoptotic responses and cell cycle arrest. However, the impaired neuronal differentiation was rescued by treatment with the antioxidant N-acetylcysteine but not by p53 inactivation. These data reveal that FIP200-mediated autophagy contributes to the maintenance and functions of NSCs through regulation of oxidative state.