Mechanisme regelende humane pluripotente stamcellen metabolisme ontdekt


Mechanisme regelende humane pluripotente stamcellen metabolisme ontdekt

Menselijke pluripotente stamcellen hebben het vermogen zich te ontwikkelen tot elk celtype binnen het lichaam. Ze zijn sterk afhankelijk van suikerfermentatie of glycolyse om hun stofwisseling te stimuleren. In vergelijking kunnen volwassen cellen die pluripotente stamcellen ontwikkelen zich vooral richten op cel mitochondria om zuurstof en suiker in water en kooldioxide te omzetten tijdens een hoog energieproductieproces (oxidatieve fosforylering) voor hun metabolische eisen.

Tot op heden is het onbekend gebleken hoe cellen tijdens de ontwikkeling van de ene vorm van energieproductie naar de andere gaan. Echter, UCLA stamcellen onderzoekers hebben een nieuwe bevinding ontdekt die een nieuw inzicht biedt in deze overgang die implicaties kan hebben voor het gebruik van deze cellen voor behandelingen in de kliniek. Het vierjarige onderzoek werd gepubliceerd in het nov.15 nummer van Het EMBO Journal , Een peer reviewed journaal van de Europese Organisatie voor Moleculaire Biologie.

Onderzoekers geloofden (gebaseerd vooral op visuele verschijning) dat pluripotente stamcellen bestonden uit inactieve en onontwikkelde mitochondria. Mitochondria zijn krachtcentra van de cel die de energiecellen vereisen om te verdelen, verplaatsen.

Er werd aangenomen dat stamcellen mitochondriën geen zuurstof en suiker in kooldioxide en water kon omzetten, of omzetten bij de productie van energie. Daarom hebben de onderzoekers verwacht dat mitochondriën rijp zijn en ook de mogelijkheid hebben om gedurende de overgang van pluripotente stamcellen in verschillende cellen in het lichaam te responderen.

Dr. Michael Teitall, een onderzoeker bij het Eli en Edythe Broad Center van Regeneratieve Geneeskunde en Stamcellen Onderzoek bij UCLA en een professor in kindergeneeskunde, pathologie en laboratoriumgeneeskunde en bioengineering, samen met Carla Koehler, professor in chemie en biochemie van UCLA, vond Dat alhoewel pluripotente stamcellen extreem weinig energie produceren, reageren ze op ongeveer dezelfde niveaus als andere cellen in het lichaam, waardoor het zuurstof- en suikerverbruik van de energieproductie wordt losgelaten.

In plaats van het verwachte resultaat van de onderzoekers om te ontdekken dat mitochondria met celdifferentiatie verouderd zijn, ontdekten ze een mechanisme waarbij de stamcellen omzetten van glucosefermentatie naar zuurstofafhankelijke ademhaling om hun volledige vermogen te bereiken om celltypen te produceren die volgend celverdeling hebben.

Studie senior auteur Teitell verklaarde:

"Er wordt veel aandacht besteed aan de rol van metabolisme in pluripotente stamcellen voor het maken van goed gedifferentieerde cellijnen voor onderzoek en potentiële klinische toepassingen.

De eerste vraag die ons onderzoek stelde, was of metabolisme in pluripotente stamcellen en kankercellen, die ook sterk op glycolyse berusten, molecuulvormig waren. Deze vraag leidde ons om de details van de energiegeneratie door mitochondria in pluripotente stamcellen te bestuderen."

Cellen te maken energie in de vorm van ATP voornamelijk op twee manieren, door ademhaling, waarbij de cel verbruikt zuurstof en suiker om water en kooldioxide macht celfuncties te maken, of glucoseopname en fermentatie in het cytoplasma. Het team verwachtte dat pluripotente stamcellen niet in staat waren om te responderen door eerdere verslagen over de kraakheid van mitochondria en de onvolwassen uiterlijk.

Zij ontdekten dat de moleculaire complexen die verantwoordelijk zijn voor ademhaling (elektronen transportketen) in de mitochondria van pluripotente stamcellen, werken, en dat in plaats daarvan de cellen afhankelijk waren van glycolyse om energie te genereren. De onderzoekers veronderstellen dat als de elektronen transportketen was aan het werk waren er één of meer onbekende regulatoren die de stamcellen verhinderden van ademhaling.

Jin Zhang, een afgestudeerde student en eerste auteur van het onderzoek, bleek dat een eiwit genaamd uncoupling protein 2 (UCP2), sterk uitgedrukt werd in de pluripotente stamcellen. Bovendien ontdekte hij dat UCP2 belemmerd ademhaling substraten verkregen uit glucose toegang krijgen tot de mitochondriën plaats UCP2 voorkomen dat de pluripotente stamcellen tot de glycolytische en biosynthese routes in het cytoplasma, waardoor hun vermogen tot ademen als een techniek voor het produceren van energie.

Aangezien de stamcellen werden aangedreven ontwikkelen tot rijpe celtypen, werd UCP2 expressie geblokkeerd, waardoor de ademhaling substraten naar de mitochondriën binnengaan om energie te produceren, waarbij de pluripotente stamcellen van glycolyse overschakelen op oxidatieve fosforylering.

Het team vond dat door het manipuleren van UCP2-expressie om het in differentiatieve cellen in te schakelen, veroudering van pluripotente stamcellen maturatie versteurde. Deze ontdekking kan deze stamcellen ongeschikt maken voor klinisch gebruik. Daarnaast benadrukt deze bevinding het belang van goed functionerende metabolisme voor het produceren van veilige cellen van hoge kwaliteit.

Het team geverifieerd deze ontdekkingen zowel humane embryonale stamcellen en geïnduceerde pluripotente stamcellen van volwassen lichaamscellen genetisch gemodificeerd om dezelfde attributen en capaciteiten als de pluripotente embryonale stamcellen zijn.

Teitell, legde uit:

"Een belangrijke vraag die ontstaan ​​tijdens het onderzoek was of het proces van pluripotente stamcel differentiatie die werd veranderen het patroon van metabolisme of was de verandering in het metabolisme dat het proces van differentiatie veranderd, typisch kip-of -Een vraag.

We overdreven UCP2 in de stamcellen en toonden dat metabolismepatronen veranderden voordat merkers van pluripotentie van celmaturatie veranderd, wat aangeeft dat veranderingen in metabolisme invloed hebben op veranderingen in differentiatie en niet andersom, tenminste voor UCP2.

Dit was belangrijk om aanleiding te geven tot metabolische veranderingen in het proces van celdifferentiatie. Het laat echter nog steeds de sleutelvraag over hoe manipuleren van celmetabolisme de celdifferentiatie beheert, een vraag die we hard werken om aan te pakken."

Teitell zei dat als het metabolisme in pluripotente stamcellen lijkt op kankercellen, de ontdekkingen van dit onderzoek mogelijk zouden kunnen worden gebruikt om UCP2 te targeten bij kwaadaardige tumoren die het uitdrukken, waarvan er meerdere zijn. Het blokkeren van UCP2 kan aanmoedigen om cellen te annuleren om te responderen, waardoor hun vermogen snel kan groeien.

Het onderzoek werd gedeeltelijk gefinancierd door het California Institute for Regenerative Medicine en het Eli en Edythe Broad Center van Regeneratieve Geneeskunde en Stamcellen Onderzoeksopleiding, de National Institutes of Health en het National Center for Research Resources.

Huntington's Disease Research: What's New 2012 - Dr Ed Wild (Video Medische En Professionele 2018).

Sectie Kwesties Op De Geneeskunde: Medische praktijk