在一項新的研究中,來自美國霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究人員構(gòu)建出造血干細(xì)胞用來決定它自己分化為哪種類型白細(xì)胞的一種調(diào)節(jié)性環(huán)路的數(shù)學(xué)模型.相關(guān)研究結(jié)果于2006年8月25日發(fā)表在《細(xì)胞》期刊上,論文標(biāo)題為“Multilineage Transcriptional Priming and Determination of Alternate Hematopoietic Cell Fates”. 為了構(gòu)建這個數(shù)學(xué)模型,霍華德休斯的研究人員與芝加哥大學(xué)進行了合作研究.研究人員將注意力集中在兩種白細(xì)胞類型：巨噬細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞.巨噬細(xì)胞是免疫系統(tǒng)中長期存活的垃圾處理細(xì)胞,而短命的嗜中性粒細(xì)胞則是免疫系統(tǒng)中聚集在感染位點并吞下入侵生物的細(xì)胞.但是在成熟前,巨噬細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞都來自骨髓祖細(xì)胞.研究人員希望能夠知道骨髓祖細(xì)胞如何決定它們應(yīng)該變成巨噬細(xì)胞還是嗜中性粒細(xì)胞.這些巨噬細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞基因如何利用相同的一套基本調(diào)節(jié)因子來產(chǎn)生特定的基因表達模式呢？
   

               這些細(xì)胞的調(diào)節(jié)系統(tǒng)基本是由轉(zhuǎn)錄因子蛋白構(gòu)成,這些轉(zhuǎn)錄因子控制著許多基因的表達.一個重要的科學(xué)謎團就是未成熟造血干細(xì)胞如何啟動形成某種細(xì)胞所需的基因表達.解開這種謎團在了解不同干細(xì)胞如何形成特定細(xì)胞方面具有重要意義.研究小組利用他們和其他研究人員的研究發(fā)現(xiàn)構(gòu)建了這樣的一個系統(tǒng).研究小組之前確定出轉(zhuǎn)錄因子PU.1是觸發(fā)骨髓祖細(xì)胞發(fā)育的一個關(guān)鍵基因開關(guān).其他研究人員之前還發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子C/EBPα也是一種發(fā)育開關(guān).但是這兩個開關(guān)如何工作還不清楚.這種轉(zhuǎn)錄因子在巨噬細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞中的水平都很高.它們似乎都能直接活化巨噬細(xì)胞或嗜中性粒細(xì)胞的基因.但是在巨噬細(xì)胞中,嗜中性粒細(xì)胞基因被關(guān)閉；嗜中性粒細(xì)胞中的巨噬細(xì)胞基因也處于關(guān)閉狀態(tài).那么,這些巨噬細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞基因如何利用相同的一套基本調(diào)節(jié)因子來產(chǎn)生特定的基因表達模式呢？
   

            為了回答這個問題,研究人員利用缺少PU.1的小鼠祖細(xì)胞來揭開這個謎底.他們通過引入不同量的PU.1來操縱這些細(xì)胞的決策機制.當(dāng)研究人員引入低濃度的PU.1時,他們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞能同時活化巨噬細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞基因.這點發(fā)現(xiàn)非常重要,因為它證實了這種混合的細(xì)胞系模式是如何被建立的. 他們還發(fā)現(xiàn),當(dāng)增加PU.1（能誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞分化）的濃度時,細(xì)胞首先經(jīng)歷一種過渡態(tài)的混合性細(xì)胞系狀態(tài),但之后會觸發(fā)新的和能夠抑制嗜中性粒細(xì)胞基因的調(diào)節(jié)蛋白并且激活巨噬細(xì)胞基因.發(fā)現(xiàn)這種調(diào)節(jié)性環(huán)路可能是了解干細(xì)胞廣泛性調(diào)節(jié)機制的關(guān)鍵.根據(jù)這些新發(fā)現(xiàn)和之前的研究結(jié)果,研究人員構(gòu)建出一種能描繪控制骨髓祖細(xì)胞發(fā)育的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò).這種調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)將能幫助研究人員解釋多種組織中的細(xì)胞如何利用誘導(dǎo)性調(diào)節(jié)信號和非誘導(dǎo)性調(diào)節(jié)因子進行發(fā)育調(diào)控,同時也將有助于人們深入了解和治療白血病.