我们都是从一堆相同的细胞开始的。例如，当这些细胞分裂和繁殖时，它们逐渐呈现不同的身份，并获得形成肌肉组织、骨骼或神经所需的特征。洛克菲勒科学家最近的一项研究为如何在发育过程中培养这些细胞身份提供了新的见解。
根据发表在eLife上的研究，细胞保留了对它们所暴露的化学信号的记忆。此外，研究人员表明，未能形成这些记忆的胚胎仍然是克隆的团块，从未意识到它们独特的生物潜力。
激活胚胎
25年前，阿里布里万卢(Ali H. Brivanlou)证明了蛋白质激活蛋白使胚胎青蛙细胞具有特定组织类型的特征，这一过程被称为分化。几十年来，人们一直认为激活素可以促进同质细胞群向特化细胞的转化。
而Brivanlou的Robin Harriet Heilbron教授说：“激活蛋白是教科书上对分子的定义，对于分化来说是必要和充分的。”“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；在非常低的剂量下，你会得到神经组织。”
尽管动物研究已经提供了足够的证据，但关于激活素如何指导人类细胞的发育仍然存在疑问。在布里万卢和埃里克西吉亚、维奥拉沃德布林宁教授和埃尔伯特卡尔霍恩布林宁教授的合作下，研究人员安娜约尼开始研究蛋白质是否能诱导实验室生产的人类胚胎分化。这些胚胎由干细胞发育而来，模仿人类细胞在发育早期的行为。
研究人员预计这些合成胚胎会像布里万卢的青蛙一样做出反应。然而，在激活素应用于这些细胞后，他们没有观察到它。
“安娜把激活素放在胚胎上，我们等着——等啊等。什么都没发生！这令人震惊，”布里万卢说。
令人难忘的分子
毫不畏惧，约尼考虑了对她的结果可能的解释。“我想，嗯，我们没有得到动视的回应，”她回忆道。“我们需要哪些额外的信号才能看到差异化？”
她最终回到了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，他们以正常的方式进行区分。
布里万卢说：“看到WNT细胞对激活素有全面的反应——就像我们在青蛙和其他动物身上看到的一样。”“但是没有看到WNT的细胞根本没有反应，就好像激活素根本不存在一样。”
研究人员得出结论，分化需要WNT和激活素信号。然而，至关重要的是，他们表明细胞不需要同时暴露在这两种化学物质中。
“我们在激活素治疗期间阻断了WNT信号传导，发现细胞仍在分化，”约尼说。“所以我们得出的结论是，细胞实际上记得它们之前接触过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通过其路径的细胞。早期研究未能找到胚胎记忆的证据，因为布里万卢说，大多数发育生物学家使用动物细胞。
“在动物模型系统中，细胞会在像我这样的人操纵它们之前遇到一系列信号。但是安娜的人工胚胎来自干细胞，而这些干细胞没有这种暴露——这使得它们成为发现他人角色的完美工具。信号，”他说。“就像模型系统一样美丽，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。约尼怀疑它们被记录在细胞核中，作为表观基因组的修饰，表观基因组控制细胞读出脱氧核糖核酸的方式。这一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要意义。
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