BMP信號通路分階段調控ESC分化的分子機制

近日，發育生物學期刊Development發表了生化與細胞所景乃禾研究組的研究成果，揭示了BMP信號通路在小鼠胚胎干細胞神經分化不同階段的功能。

小鼠胚胎干細胞（Embryonic Stem Cells，ESCs）是用于研究哺乳動物早期胚胎發育很好的體外模型。胚胎干細胞的分化調控機制研究是當前干細胞研究的熱點領域之一。但小鼠胚胎干細胞的體外神經誘導是否可以很好模擬體內胚胎發育過程并不清楚。BMP信號通路在小鼠胚胎早期神經誘導過程以及小鼠胚胎干細胞的神經分化中都發揮了重要的功能。但是BMP信號通路如何發揮這些功能也不清楚。

在這項研究中，景乃禾研究組博士生張克兢、李凌宇等發現在小鼠胚胎干細胞神經誘導的過程中有一個對BMP抑制敏感的時間段。該時期的細胞對應于小鼠早期胚胎的上胚層細胞，并可通過體外培養得到上胚層干細胞。這些來源于體外培養的上胚層干細胞 （ESC derived EpiSCs, ESD-EpiSCs）與來源于體內的上胚層干細胞，在基因表達、分化潛能等各方面都很相似。基于這種ESD-EpiSCs，可以將小鼠胚胎干細胞神經誘導過程分為兩個階段：從ESCs到ESD-EpiSCs階段，以及從ESD-EpiSCs 到神經干細胞階段。進一步的研究發現，BMP信號在小鼠胚胎干細胞神經誘導的兩個階段有不同的功能：它在前一個階段通過抑制FGF/ERK信號通路以及上調Id基因抑制了ESCs分化為EpiSCs，而在后一個階段則通過Id等基因促進ESD-EpiSCs向非神經組織分化。

該研究是將小鼠胚胎干細胞神經分化分為兩個不同階段，為小鼠胚胎神經分化的體內和體外對應關系提供了重要實驗證據，為深入理解信號通路在維持干細胞性和命運決定之間的功能轉換，并為分階段研究早期胚胎發育過程的其他重要信號通路提供了一個全新的體外研究模型。