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重磅!Science论文解读!我国科学家开发出细胞增殖追踪技术,揭示维持肝脏稳态和再生的细胞来源

来源:本站原创 2021-02-28 18:55

2021年2月28日讯/生物谷BIOON/---细胞增殖是所有多细胞有机体的基本过程,是实现发育、组织稳态、组织修复和组织再生所必须的。细胞增殖受到干扰是许多疾病的致病基础。监测细胞增殖的能力对发育生物学、肿瘤学、免疫学、神经科学和再生医学中的众多研究至关重要。目前测量体内细胞增殖的方法的局限性使得许多生命科学领域的基本问题没有得到充分解决。比如,尽管经过几十年的研究,人们在围绕肝脏稳态、修复和再生中的区域性肝细胞增殖仍然存在激烈的争论。

为了提供高时空分辨率的体内细胞增殖检查,来自中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所、上海科技大学、南京医科大学、中国科学院大学杭州高等研究院和中国科学院干细胞再生医学研究院等研究机构的研究人员在一项新的研究中利用两种正交的、位点特异性重组酶(Cre和Dre)的优势,开发出一种遗传增殖谱系追踪方法---ProTracer(proliferation tracer)。ProTracer能够在特定细胞谱系中以高空间分辨率对细胞增殖事件进行时间上的连续记录。利用ProTracer的能力,这些作者在基因表达和功能上呈现异质性的成年小鼠肝细胞区域性增殖方面提供了新见解。相关研究结果发表在2021年2月26日的Science期刊上,论文标题为“Proliferation tracing reveals regional hepatocyte generation in liver homeostasis and repair”。论文通讯作者为中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所研究员周斌(Bin Zhou)。


在组织稳态过程中,成体肝脏中的高度区域性肝细胞产生。在肝细胞特异性ProTracer小鼠的肝脏切片中,经免疫染色后,E-cadherin (E-CAD)(绿色)、谷氨酰胺合成酶(GS)(蓝色)和tdTomato(红色;ProTracer信号)。通过ProTracer遗传记录的肝细胞增殖事件(tdTomato+)在肝脏稳态期间高度富集于E-CAD GS肝小叶中区。图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abc4346。

以前的鉴别具有优越增殖能力的肝细胞的研究大多依赖于对细胞亚群的谱系追踪,因此引入了潜在的选择性偏倚。是否存在增殖能力增强的特定肝细胞群体尚不清楚。为了解决这一基本问题,这些作者需要对整个肝细胞库中的增殖事件进行不带偏见的评估,而不是仅仅追踪整个肝细胞群体中的一个亚群。

在用三苯氧胺(tamoxifen)进行初始脉冲处理后,ProTracer允许在多个器官和组织中对不同细胞谱系的体内细胞增殖进行时间上的连续遗传记录。通过使用肝细胞特异性启动子,ProTracer可以特异性记录小鼠肝脏中的肝细胞(而不是任何其他细胞谱系)增殖。此外,ProTracer能够在活体动物中对肝细胞增殖进行非侵入性的长期监测。

细胞增殖追踪显示,在整个肝细胞群体水平上,在肝脏稳态期间,在中区肝细胞(midzonal hepatocyte)的一个亚群中检测到更多的增殖,而在肝门脉周围肝细胞(periportal hepatocyte)中的增殖较少,在围轴肝细胞(pericentral hepatocyte)中的增殖最少。克隆分析表明,ProTracer标记的大部分肝细胞发生了细胞分裂。

在对几种肝脏损伤(比如部分肝切除、胆管结扎和四氯化碳诱导的肝损伤)的修复和再生过程中,观察到了高度区域性的和动态的肝细胞产生模式。此外,利用ProTracer对其他细胞谱系的增殖进行遗传追踪,发现在部分肝切除后,巨噬细胞、胆管上皮细胞、内皮细胞和肝星状细胞的细胞增殖动态不同。

综上所述,这项研究提供了一个遗传系统来对体内细胞类型特异性增殖进行累积记录。通过对整个细胞群体的增殖事件进行遗传追踪,ProTracer能够无偏见地检测主要负责组织稳态、修复和再生的特定细胞群体。

ProTracer揭示了中区肝细胞的高度区域性增殖,显示它们在肝脏稳态过程中对维持肝细胞池的贡献较大。此外,ProTracer还揭示了损伤后肝脏修复和再生过程中高度区域性的肝细胞产生。

ProTracer的未来应用和进一步迭代将极大地促进科学家们对细胞产生及其在多个器官发育、生长、再生和疾病中的动态变化的理解。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

1.Lingjuan He et al. Proliferation tracing reveals regional hepatocyte generation in liver homeostasis and repair. Science, 2021, doi:10.1126/science.abc4346.

2.Emma R. Andersson. In the zone for liver proliferation. Science, 2021, doi:10.1126/science.abg4864.

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