本报讯 一个国际研究团队取得了一项里程碑式的成果：利用单细胞生物的遗传工具，创造出能够长成一只小鼠的干细胞。人类与单细胞生物有着共同的祖先。这一突破重塑了我们对干细胞遗传起源的理解，为动物与其古老单细胞亲戚之间的进化关系提供了一个新视角。相关论文11月14日发表于《自然-通讯》。
英国伦敦玛丽女王大学的Alex de Mendoza与中国香港大学转化干细胞生物学中心的Ralf Jauch合作，利用与动物有关的单细胞生物——领鞭毛虫的一种基因，制造出干细胞，然后又用这些干细胞培育出一只活的小鼠。
领鞭毛虫是现存的动物近亲，其基因组包含Sox和POU基因的不同变体。这两个基因因驱动哺乳动物干细胞的多能性而闻名，后者指发育成任何细胞类型的潜力。这一意想不到的发现挑战了一个长期存在的观点，即这些基因仅在动物体内进化。
“我们用来自单细胞亲戚的分子工具成功创造出一只小鼠，见证了这一功能在近10亿年进化过程中的非凡延续。”Mendoza说。这项研究表明，参与干细胞形成的关键基因可能比干细胞本身的起源早得多，并可能为人们今天看到的多细胞生命铺平道路。
日本科学家、2012年诺贝尔生理学或医学奖获得者山中伸弥，证明了仅通过表达Sox（Sox2）和POU（Oct4）等4种转录因子，就可以从“分化”细胞中获得干细胞。在这项新研究中，研究人员将领鞭毛虫Sox基因引入小鼠细胞，取代原生Sox2基因，实现了向多能干细胞状态的重编程。
为验证这些重编程细胞的功效，研究人员将它们注射到发育的小鼠胚胎中。由此产生的嵌合小鼠显示出供体胚胎和实验室诱导的干细胞的生理特征，如黑色皮毛斑块和深色眼睛，证实了这些古老基因在使干细胞与动物发育兼容方面发挥了关键作用。
Sox和POU蛋白可以结合DNA并调节其他基因，这项研究追踪了单细胞祖先如何使用它们的早期版本，并最终成为形成干细胞和动物发育的不可或缺的功能。
Mendoza解释说：“领鞭毛虫是单细胞生物，它们没有干细胞，但有这些基因，后者可能控制了多细胞动物后来用于构建复杂身体的基本细胞过程。”
这一新颖的见解强调了遗传工具在进化上的多能性，让科学家一瞥在真正的多细胞生物出现前，早期生命形式如何利用类似的机制推动细胞特化。
研究人员认为，这一发现具有超越进化生物学的意义，可能为再生医学提供新信息。通过加深对干细胞机制如何进化的理解，科学家有望找到优化干细胞疗法的新方法，并改进用于治疗疾病或修复受损组织的细胞重编程技术。
“研究这些遗传工具的古老起源，让我们能够更清晰地了解多能性机制如何被调整或优化。”Jauch指出，在某些情况下，这些基因的合成版本可能比原生动物基因表现得更好，这可能会带来全新的认知。（王方）
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-54152-x