PNAS：細(xì)胞間mRNA轉(zhuǎn)移改變?nèi)祟惗嗄芨杉?xì)胞狀態(tài)

來源：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2025-02-25 15:55:00【大中小】

摘要：一項(xiàng)新的研究表明，信使RNA可以通過類似隧道的結(jié)構(gòu)在不同類型的干細(xì)胞之間傳播。

細(xì)胞間的通訊在生命的所有形式和階段都是必不可少的，許多通訊機(jī)制都得到了很好的研究。然而，在過去的幾年里，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)越來越多的證據(jù)表明，攜帶遺傳信息并調(diào)節(jié)基因表達(dá)的RNA也參與了細(xì)胞間的交流。

信使RNA （mRNA）的一種傳遞方式是通過細(xì)胞外囊泡。細(xì)胞分泌含有生物分子（包括RNA）的小膜狀囊泡，這些生物分子被附近的細(xì)胞吸收。一個(gè)鮮為人知的mRNA轉(zhuǎn)移機(jī)制涉及細(xì)胞接觸時(shí)形成的管狀結(jié)構(gòu)。然而，關(guān)于這種mRNA運(yùn)動(dòng)的報(bào)道很少，這種類型的通訊在干細(xì)胞中的生物學(xué)意義仍然是一個(gè)謎。

圖1 β-葡聚糖重編程中性粒細(xì)胞以促進(jìn)對(duì)甲型流感病毒的疾病耐受性

在這種背景下，日本東京科學(xué)研究所Takanori Takebe教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組研究了不同類型干細(xì)胞之間mRNA轉(zhuǎn)移的機(jī)制和作用。他們的研究結(jié)果發(fā)表在2025年1月22日的《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》。

為了更容易地檢測(cè)從一個(gè)細(xì)胞到另一個(gè)細(xì)胞的mRNA運(yùn)輸，研究人員采用了共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。簡(jiǎn)單地說，他們將小鼠胚胎干細(xì)胞（mESCs）與人多能干細(xì)胞（hPSCs）一起培養(yǎng)。Takebe解釋說：“當(dāng)我們出于不同的目的開始這種共培養(yǎng)時(shí)，我們幾乎偶然發(fā)現(xiàn)了這種意想不到的mRNA轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，因?yàn)槲覀兛梢愿鶕?jù)小鼠和人類之間的基因序列差異區(qū)分內(nèi)源性表達(dá)基因和橫向轉(zhuǎn)移mRNA。”

利用該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，結(jié)合RNA成像分析和小鼠特異性基因表達(dá)分析，研究小組發(fā)現(xiàn)，在共培養(yǎng)過程中，來自mESCs的mRNA進(jìn)入了hPSCs。對(duì)這種轉(zhuǎn)移mRNA的深入分析表明，編碼與轉(zhuǎn)錄、翻譯和應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)的分子的mRNA從小鼠細(xì)胞轉(zhuǎn)移到人類細(xì)胞。他們還證明，這種mRNA的傳遞是通過在小鼠和人類細(xì)胞之間形成的隧道狀膜延伸結(jié)構(gòu)發(fā)生的，這種結(jié)構(gòu)被稱為“隧道納米管”。

接下來，研究人員研究了這種轉(zhuǎn)移的mRNA對(duì)接收細(xì)胞的生物學(xué)效應(yīng)。值得注意的是，他們發(fā)現(xiàn)引物的人造血干細(xì)胞可以恢復(fù)到所謂的“naive”狀態(tài)。換句話說，人類細(xì)胞在分化過程中回到了早期的胚胎階段。這表明mRNA在不同的哺乳動(dòng)物干細(xì)胞之間移動(dòng)具有顯著的生物學(xué)影響，而不僅僅是移動(dòng)，甚至是細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)換。該團(tuán)隊(duì)還確定了幾個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子參與這一過程，具有多能狀態(tài)維持的基本功能。

綜上所述，本研究的結(jié)果揭示了細(xì)胞間mRNA轉(zhuǎn)移的重要性。第一作者Yoneyama說：“這項(xiàng)研究提供了對(duì)細(xì)胞間通訊新機(jī)制的見解，說明了細(xì)胞群如何與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)共存，從而促進(jìn)了我們對(duì)生物現(xiàn)象的理解。”

Takebe總結(jié)道：“我們希望我們的發(fā)現(xiàn)有助于開發(fā)新的細(xì)胞命運(yùn)控制技術(shù)，這種技術(shù)不依賴于人工基因?qū)牖蚧衔铩?rdquo;這些技術(shù)可能會(huì)導(dǎo)致再生醫(yī)學(xué)和新藥的新治療策略。

進(jìn)一步的努力將需要完全掌握細(xì)胞間通信的復(fù)雜性，這一團(tuán)隊(duì)已經(jīng)期待著追求這一令人興奮的研究方向。

參考資料

[1] Intercellular mRNA transfer alters the human pluripotent stem cell state