西雅圖研究人員報(bào)告稱小鼠胚胎開始形成后不久,，它的一些干細(xì)胞經(jīng)歷劇烈的代謝轉(zhuǎn)變后進(jìn)入下一個(gè)發(fā)展階段,。這些干細(xì)胞會(huì)像癌癥細(xì)胞那樣開始消耗和生產(chǎn)能量。
這一研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在EMBO雜志上,。
華盛頓大學(xué)的生物化學(xué)教授Hannele Ruohola-Baker、論文主要作者表示這些發(fā)現(xiàn)不僅為干細(xì)胞研究和研究胚胎發(fā)育以及形狀的初步形成有意義，同時(shí)也為癌癥的治有幫助療,。這項(xiàng)研究是由西雅圖的幾個(gè)研究實(shí)驗(yàn)室之間合作完成的。
胚胎干細(xì)胞被稱為多能干細(xì)胞,，因?yàn)樗麄冇凶晕腋履芰?，并有成為體內(nèi)任何細(xì)胞的潛力。研究人員希望了解組成小鼠胚胎內(nèi)細(xì)胞群細(xì)胞的干細(xì)胞和外胚層或植入階段細(xì)胞之間的區(qū)別,。在外胚層階段的小鼠胚胎干細(xì)胞更接近于人類胚胎干細(xì)胞,、癌細(xì)胞。
人干細(xì)胞和小鼠外胚層干細(xì)胞比老鼠發(fā)育早期的干細(xì)胞具有較低的線粒體呼吸活性,。盡管事實(shí)上,，發(fā)育后期干細(xì)胞線粒體較成熟后，線粒體呼吸活性會(huì)降低,。研究人員證實(shí)在內(nèi)細(xì)胞群細(xì)胞轉(zhuǎn)變成外胚層細(xì)胞的過渡期間,，某些基因控制線粒體細(xì)胞呼吸活性的降低。
相反,，過渡期細(xì)胞獲得能量完全不依賴于糖,、葡萄糖。相比之下,，早期小鼠胚胎干細(xì)胞通過將線粒體呼吸動(dòng)態(tài)切換到葡萄糖分解后,，能獲得更多能量。
研究人員發(fā)現(xiàn)低氧條件下激活的轉(zhuǎn)錄因子是缺氧誘導(dǎo)因子1α,。缺氧誘導(dǎo)因子1α足夠推動(dòng)小鼠胚胎干細(xì)胞完全依靠糖代謝來獲取能量,。下一個(gè)挑戰(zhàn)是揭示在正常生理情況以及在癌癥情況下這種代謝轉(zhuǎn)化是否對(duì)干細(xì)胞的命運(yùn)也有決定性影響。
這些代謝轉(zhuǎn)變可能會(huì)決定一些微小原始胚胎細(xì)胞的功能性命運(yùn),。這些細(xì)胞首先過渡到外胚層干細(xì)胞,，隨后演變成整個(gè)發(fā)育中的胚胎。
研究人員解釋說在腫瘤細(xì)胞中,，糖代謝方式的轉(zhuǎn)變被稱為Warburg效應(yīng),。Warburg效應(yīng)能提供腫瘤細(xì)胞迅速生長(zhǎng)和分裂所需要的能量和物質(zhì)。
研究者提出胚胎干細(xì)胞的Warburg效應(yīng)可能在胚胎發(fā)育和早期胚胎的形成以及后來的器官和其他身體結(jié)構(gòu)的形成中也發(fā)揮類似作用,。
這項(xiàng)研究是由國(guó)立衛(wèi)生研究院的贊助支持,。（生物谷：Bioon）
doi:10.1038/emboj.2012.71
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HIF1α induced switch from bivalent to exclusively glycolytic metabolism during ESC-to-EpiSC/hESC transition.
Wenyu Zhou, Michael Choi, Daciana Margineantu, Lilyana Margaretha, Jennifer Hesson, Christopher Cavanaugh, C Anthony Blau, Marshall S Horwitz, Hannele Ruohola-Baker, David Hockenbery, Carol Ware.
The function of metabolic state in stemness is poorly understood. Mouse embryonic stem cells (ESC) and epiblast stem cells (EpiSC) are at distinct pluripotent states representing the inner cell mass (ICM) and epiblast embryos. Human embryonic stem cells (hESC) are similar to EpiSC stage. We now show a dramatic metabolic difference between these two stages. EpiSC/hESC are highly glycolytic, while ESC are bivalent in their energy production, dynamically switching from glycolysis to mitochondrial respiration on demand. Despite having a more developed and expanding mitochondrial content, EpiSC/hESC have low mitochondrial respiratory capacity due to low cytochrome c oxidase (COX) expression. Similarly, in vivo epiblasts suppress COX levels. These data reveal EpiSC/hESC functional similarity to the glycolytic phenotype in cancer (Warburg effect). We further show that hypoxia-inducible factor 1α (HIF1α) is sufficient to drive ESC to a glycolytic Activin/Nodal-dependent EpiSC-like stage. This metabolic switch during early stem-cell development may be deterministic.
