信号通路的发现可能导致更快、更可靠的人类干细胞分化

最近的一项发现发现了通过更好地了解如何设计人类干细胞分化来改善人类健康的可能途径。

德克萨斯农工大学化学工程教授 Gregory Reeves 博士领导了高度保守的骨形态发生蛋白 (BMP) 信号通路的发现，该通路在所有动物中发挥作用，并且可以根据具体情况实现多种结果。

“通过这项研究，我们开始制定如何改变的路线图，例如成人干细胞，”里夫斯说。“它们分化得更快、更可靠，这将导致干细胞治疗潜力的进步。”

里夫斯和他的团队观察了细胞信号通路如何驱动不同组织和环境中的细胞决策。 BMP 通路等信号通路在这些细胞反应中发挥着重要作用。

“细胞绝对是一个复杂的系统，”里夫斯说。 “因此，我们在细胞中发现工程原理并不奇怪。我认为，随着我们越来越多地研究生物学，我们发现充满了工程原理，我对研究这些工程原理是如何存在的非常感兴趣。”

这个细胞Reeves 最近进一步探讨了发表期刊上的文章npj 系统生物学和应用。

本文研究了 BMP 路径如何平衡三个系统级行为或性能目标 (PO) 之间的权衡：速度、噪声消除和充当线性传感器的能力。

“在果蝇胚胎中，当信号通路变得活跃时，它的反应非常快，但如果你在其他情况下观察相同的信号通路，比如在人类干细胞中，它需要更长的时间，但这可能会赋予它更多的能力过滤噪音，”里夫斯说。 “我们正在研究的问题是相同的途径，相同的分子，如何产生不同的反应。”

研究小组的研究结果表明，改变细胞内 BMP 信号蛋白的浓度可以使该途径实现 PO 的多样化平衡。

然而，由于 BMP 通路在所有动物的整个生命周期中反复使用，因此尽管通路连接性几乎保持不变，但其系统级行为会因环境而异。

“不同的系统强调不同的权衡，”里夫斯说。 “尽管所有细胞中的信号通路都是相同的，但细胞之间的信号蛋白浓度是不同的。因此，在果蝇胚胎中，信号蛋白水平可能很高，从而形成了一个快速的系统；而在人类中，信号蛋白的浓度也不同。”细胞，你可以有较低的水平，这会使系统变慢，但它会更无噪音。”

研究表明，由于PO之间的竞争，该路径无法同时优化这三者，而必须在PO之间进行权衡。

有了这些知识，团队应用多目标优化来确定各种需求之间的最佳权衡，并发现 BMP 途径有效地平衡了物种之间的竞争性 PO。

“我们可以将其调整得更快一点，无噪音一点，但我们会牺牲线性传感器的优点，”里夫斯说。