胚胎'记住'他们遇到的化学物质

我们都是从一堆相同的细胞开始的。当这些细胞分裂和繁殖时，它们逐渐呈现出不同的身份，获得形成例如肌肉组织，骨骼或神经所必需的特征。洛克菲勒科学家最近的一项研究提供了关于如何在发育过程中培养这些细胞身份的新见解。根据在eLife上发表的研究，细胞保留了它们所暴露的化学信号的记忆。并且，研究人员表明，未能形成这些记忆的胚胎仍然是克隆的丛生，从未意识到它们独特的生物学潜力。

激活胚胎

25年前，Ali H. Brivanlou证明蛋白质激活蛋白导致胚胎蛙细胞呈现特定于某些组织类型的特征，这一过程称为分化。几十年来，人们一直认为激活素可以促进从均质丛到特化细胞的转变。罗宾和哈里特海尔布伦教授Brivanlou说：“激活蛋白是分子的教科书定义，对分化是必要和充分的。”“研究人员已经证明，蛋白质的剂量决定了细胞的命运。例如，在非常高的剂量下，你会得到肠道和肌肉;而在非常低的剂量下，你会得到神经组织。”尽管动物研究提供了充足的证据，但仍然存在关于Activin如何指导人体细胞发育的问题。与Brivanlou和Eric D. Siggia，Viola Ward Brinning和Elbert Calhoun Brinning教授，研究员Anna Yoney一起研究该蛋白质是否会引发实验室产生的人类胚胎的分化。这些胚胎由干细胞发育而来，模仿人类细胞在发育早期阶段的行为。

研究人员预计这些合成胚胎会像Brivanlou的青蛙一样做出反应。然而，在将激活素应用于这些细胞后，他们观察到，没有。“安娜把激活素放在胚胎上，我们等待 - 等待并等待。绝对没有发生任何事情!这令人震惊，”Brivanlou说。

令人难忘的分子

没有被吓倒，Yoney考虑了对她的结果的可能解释。“我想，好吧，我们没有得到Activin的回应，”她回忆道。“我们需要哪些额外信号才能看到差异化?”她最终归巢于WNT，这是一种在发育过程中调节细胞运动的分子。在她的下一个实验中，她在添加激活素之前将细胞暴露于WNT;而且，这一次，他们以正常的方式区分。“看到WNT的细胞对Activin产生了全面的反应 - 就像我们在青蛙和其他动物身上看到的一样，”Brivanlou说。“但是没有看到WNT的细胞完全没有反应，好像Activin甚至不在那里。”

研究人员得出结论，分化需要WNT和激活素信号传导。然而，至关重要的是，他们表明细胞不需要同时接触这两种化学物质。“我们在激活素治疗阶段阻断了WNT信号传导，发现细胞仍然分化，”Yoney说。“所以我们得出结论，细胞实际上记得他们以前曾接触过WNT。”

研究人员认为这种现象是“信号记忆”，因为WNT似乎永久性地改变了穿过其路径的细胞。早期的研究未能发现胚胎记忆的证据，因为Brivanlou说，大多数发育生物学家都在研究动物细胞。“在动物模型系统中，细胞在像我这样的人操纵它们之前会遇到一系列信号。但是Anna的人工胚胎来自干细胞，而这种干细胞并没有这种暴露 - 这使它们成为发现其他角色的完美工具。信号，“他说。“就像模型系统一样漂亮，有时它们会让你错过任何东西。”研究人员希望进一步探索细胞记忆的存储方式和位置。Yoney怀疑它们被记录在细胞核中作为对表观基因组的修饰，后者控制着细胞读出DNA的方式。该领域的其他研究可能对理解人类和其他物种的发展具有重大意义。