干细胞作为能够不断自我复制和分化为多种细胞类型的细胞,对于生物体的发育和再生过程极为重要。然而,干细胞的分化也需要很好的调控机制,否则可能会导致发生严重的疾病如肿瘤和器官衰老等。转录后调控是一种重要的调节干细胞命运的方式。
在分子生物学中,转录后调控指的是对已经合成出的RNA进行调节的过程。在干细胞中,不同的转录因子和microRNA可以通过结合到RNA上,在转录后调节RNA的稳定性、转运和翻译。这种调控方式对于干细胞命运的判定和维持具有非常重要的作用。
microRNA是一种小RNA,主要的功能是通过结合到靶RNA上,抑制其翻译或者诱导RNA降解。在干细胞中,microRNA的表达量对于调控干细胞命运具有决定性的作用。例如,在人类胚胎干细胞中,许多细胞分化相关的microRNA基因都处于低水平表达状态,这说明胚胎干细胞需要保持一种"未分化"的状态。
对于microRNA的转录后调控机制的深入研究发现,许多先天免疫相关的转录因子如NF90、NFATc3等,可以结合到microRNA的前体RNA序列上,调控microRNA的生物合成和功能。这些转录因子的表达模式以及调控microRNA的机制已经被证实在调节干细胞命运过程中起到重要的作用。
通过对不同类型的干细胞及其分化过程的RNA测序数据进行分析,我们已经发现了许多转录后调控机制在干细胞命运过程中的重要作用。
2019年,一组来自UCSF和Cornell大学的科学家们发现,一种名为SRSF3的RNA结合蛋白在人类肌肉干细胞分化过程中发挥了重要的作用。他们发现,SRSF3可以通过结合这些细胞的特殊RNA序列,在转录后调节这些RNA的生物合成和翻译。这些RNA表达模式的改变已经被证实对于肌肉干细胞的分化过程是至关重要的。
此外,也有研究人员发现了一些microRNA在调控干细胞命运上发挥重要作用的机制。例如,2018年,台湾清华大学的科学家们发现了miR-139-5p在人类胚胎干细胞分化为神经前体细胞时的重要作用,他们发现这个microRNA可以通过结合到竞争性RNAs上,降低其运载神经分化相关基因的质量和数量,这个发现为神经系统疾病的基础研究和干细胞生物技术开辟了新的道路。
转录后调控在干细胞命运调节中发挥着重要的作用。未来的研究还有待深入挖掘不同类型干细胞、不同调控机制之间的关系,这将有助于揭示分子调节网络中的关键节点和机制。