訊號通路的發現可能導致更快、更可靠的人類幹細胞分化

最近的一項發現發現了透過更好地了解如何設計人類幹細胞分化來改善人類健康的可能途徑。

德州農工大學化學工程教授 Gregory Reeves 博士領導了高度保守的骨形態發生蛋白 (BMP) 信號通路的發現，該通路在所有動物中發揮作用，並且可以根據具體情況實現多種結果。

「透過這項研究，我們開始製定如何改變的路線圖，例如成人幹細胞，」里夫斯說。“它們分化得更快、更可靠，這將導致幹細胞治療潛力的進步。

里夫斯和他的團隊觀察了細胞訊號路徑如何驅動不同組織和環境中的細胞決策。 BMP 路徑等訊息傳遞路徑在這些細胞反應中扮演重要角色。

「細胞絕對是一個複雜的系統，」裡維斯說。 「因此，我們在細胞中發現工程原理並不奇怪。我認為，隨著我們越來越多地研究生物學，我們發現充滿了工程原理，我對研究這些工程原理是如何存在的非常感興趣。

這個細胞Reeves 最近進一步探討了發表期刊上的文章npj 系統生物學與應用。

本文研究了 BMP 路徑如何平衡三個系統級行為或性能目標 (PO) 之間的權衡：速度、雜訊消除和充當線性感測器的能力。

「在果蠅胚胎中，當訊號通路變得活躍時，它的反應非常快，但如果你在其他情況下觀察相同的訊號通路，例如在人類幹細胞中，它需要更長的時間，但這可能會賦予它更多的能力過濾噪音，」里夫斯說。 “我們正在研究的問題是相同的途徑，相同的分子，如何產生不同的反應。”

研究小組的研究結果表明，改變細胞內 BMP 訊號蛋白的濃度可以使該途徑達到 PO 的多樣化平衡。

然而，由於 BMP 通路在所有動物的整個生命週期中反覆使用，因此儘管通路連接性幾乎保持不變，但其係統級行為會因環境而異。

「不同的系統強調不同的權衡，」裡維斯說。 「儘管所有細胞中的信號通路都是相同的，但細胞之間的信號蛋白濃度是不同的。因此，在果蠅胚胎中，信號蛋白水平可能很高，從而形成了一個快速的系統；而在在人類中，信號蛋白的濃度也不同。

研究表明，由於PO之間的競爭，該路徑無法同時優化這三者，而必須在PO之間進行權衡。

有了這些知識，團隊應用多目標最佳化來確定各種需求之間的最佳權衡，並發現 BMP 途徑有效地平衡了物種之間的競爭性 PO。

「我們可以將其調整得更快一點，無雜訊一點，但我們會犧牲線性感測器的優點，」里夫斯說。