Generna hos forntida djursläktingar användes för att odla en mus: Studie avslöjar dold historia om stamceller

Den 15 november 2024 Den här artikeln har granskats enligt Science X redaktionella process och policyer. 

Redaktörerna har framhävt följande attribut samtidigt som de säkerställde innehållets trovärdighet: faktakontrollerad peer-reviewad publicering pålitlig källa korrekturläst av Queen Mary, universitetet i London Ett internationellt team av forskare har uppnått en enastående milstolpe: skapandet av musstamceller som kan generera en fullt utvecklad mus med genetiska verktyg från en encellig organism, som vi delar en gemensam anfader med som föregår djur. 

Det här genombrottet omformar vårt förståelse för de genetiska ursprungen till stamceller, och erbjuder en ny perspektiv på de evolutionära banden mellan djur och deras gamla encelliga släktingar. 

Forskningen publiceras i tidskriften Nature Communications. I ett experiment som låter som science fiction samarbetade Dr Alex de Mendoza vid Queen Mary University of London med forskare från The University of Hong Kong för att använda en gen som hittades i choanoflagellater, en encellig organism relaterad till djur, för att skapa stamceller som de sedan använde för att frambringa en levande, andande mus. 

Choanoflagellater är de närmaste levande släktingarna till djur, och deras genom innehåller versioner av generna Sox och POU, kända för att driva pluripotens – den cellulära potentialen att utvecklas till vilken celltyp som helst – inom däggdjurs stamceller. Denna oväntade upptäckt utmanar en långvarig övertygelse om att dessa gener evolutionärt utvecklades enbart inom djur. 

”Genom att framgångsrikt skapa en mus med molekylära verktyg härledda från våra encelliga släktingar, bevittnar vi en extraordinär kontinuitet av funktion över nästan en miljard år av evolution,” sade Dr. de Mendoza. ”Studien antyder att nyckelgener involverade i stamcellsbildning kan ha uppstått mycket tidigare än stamcellerna själva, och kanske hjälpt till att bana väg för det mångcelliga livet vi ser idag.” 

Nobelpriset 2012 till Shinya Yamanaka visade att det är möjligt att få fram stamceller från ’differentierade’ celler bara genom att uttrycka fyra faktorer, inklusive en Sox (Sox2) och en POU (Oct4) gen. I denna nya forskning introducerade laget choanoflagellat Sox-gener i mössceller genom en uppsättning experiment utförda i samarbete med Dr Ralf Jauchs laboratorium vid The University of Hong Kong/Centret för Translational Stamsjukbiologi, vilket resulterade i omprogrammering mot det pluripotenta stadiet. 

För att validera effektivitet i dessa omprogrammerade celler injicerades de i en utvecklande mussembryo. 

Den resulterande kimeriska musen visade fysiska egenskaper från både donorembryot och labbandsstamcellerna, som svarta pälsflecken och mörka ögon, vilket bekräftar att dessa gamla gener spelade en avgörande roll för att göra stamceller kompatibla med djurets utveckling. 

Studien följer hur tidiga versioner av Sox- och POU-proteiner, som binder DNA och reglerar andra gener, användes av encelliga förfäder för funktioner som senare blev nödvändiga för stamcellsbildning och djurutveckling. ”Choanoflagellater har inte stamceller, de är encelliga organismer, men de har dessa gener, troligen för att kontrollera grundläggande cellulära processer som flercelliga djur troligen senare anpassade för att bygga komplexa kroppar,” förklarade Dr. de Mendoza. Upptäck det senaste inom vetenskap, teknik och rymd med över 100 000 prenumeranter som förlitar sig på Phys.org för dagliga insikter. 

Anmäl dig till vårt gratis nyhetsbrev och få uppdateringar om genombrott, innovationer och forskning som betyder något – dagligen eller veckovis. 

Denna nya insikt betonar de genetiska verktygens evolutionära mångsidighet och ger en glimt in i hur tidiga livsformer kan ha använt liknande mekanismer för att driva cellulär specialisering långt innan riktiga flercelliga organismer startade, och vikten av återvinning i evolutionen. Denna upptäckt har konsekvenser bortom evolutionärbiologin och kan potentiellt bidra till nya framsteg inom regenerativ medicin. 

Genom att fördjupa vår förståelse för hur stamcellsmaskineriet utvecklades kan forskarna identifiera nya sätt att optimera stamcellsbehandlingar och förbättra tekniker för cellomprogrammering för att behandla sjukdomar och reparera skadad vävnad. ”Att undersöka de här genetiska verktygens antika rötter låter oss innovera med en klarare syn på hur pluripotensmekanismer kan justeras eller optimeras,” sade Dr Jauch och noterade att framsteg kan uppstå genom att experimentera med syntetiska versioner av dessa gener som kanske presterar ännu bättre än inhemska djurgener i vissa sammanhang. 

Mer information: Ya Gao et al, The emergence of Sox and POU transcription factors predates the origins of animal stem cells, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54152-xTidskriftsinformation: Nature Communications Tillhandahålls av Queen Mary, University of London