PNAS：細胞間mRNA轉移改變人類多能干細胞狀態

來源：作者：人氣：-發表時間：2025-02-25 15:55:00【大中小】

摘要：一項新的研究表明，信使RNA可以通過類似隧道的結構在不同類型的干細胞之間傳播。

細胞間的通訊在生命的所有形式和階段都是必不可少的，許多通訊機制都得到了很好的研究。然而，在過去的幾年里，科學家們發現越來越多的證據表明，攜帶遺傳信息并調節基因表達的RNA也參與了細胞間的交流。

信使RNA （mRNA）的一種傳遞方式是通過細胞外囊泡。細胞分泌含有生物分子（包括RNA）的小膜狀囊泡，這些生物分子被附近的細胞吸收。一個鮮為人知的mRNA轉移機制涉及細胞接觸時形成的管狀結構。然而，關于這種mRNA運動的報道很少，這種類型的通訊在干細胞中的生物學意義仍然是一個謎。

圖1 β-葡聚糖重編程中性粒細胞以促進對甲型流感病毒的疾病耐受性

在這種背景下，日本東京科學研究所Takanori Takebe教授領導的研究小組研究了不同類型干細胞之間mRNA轉移的機制和作用。他們的研究結果發表在2025年1月22日的《美國國家科學院院刊》。

為了更容易地檢測從一個細胞到另一個細胞的mRNA運輸，研究人員采用了共培養實驗系統。簡單地說，他們將小鼠胚胎干細胞（mESCs）與人多能干細胞（hPSCs）一起培養。Takebe解釋說：“當我們出于不同的目的開始這種共培養時，我們幾乎偶然發現了這種意想不到的mRNA轉移現象，因為我們可以根據小鼠和人類之間的基因序列差異區分內源性表達基因和橫向轉移mRNA。”

利用該實驗系統，結合RNA成像分析和小鼠特異性基因表達分析，研究小組發現，在共培養過程中，來自mESCs的mRNA進入了hPSCs。對這種轉移mRNA的深入分析表明，編碼與轉錄、翻譯和應激反應相關的分子的mRNA從小鼠細胞轉移到人類細胞。他們還證明，這種mRNA的傳遞是通過在小鼠和人類細胞之間形成的隧道狀膜延伸結構發生的，這種結構被稱為“隧道納米管”。

接下來，研究人員研究了這種轉移的mRNA對接收細胞的生物學效應。值得注意的是，他們發現引物的人造血干細胞可以恢復到所謂的“naive”狀態。換句話說，人類細胞在分化過程中回到了早期的胚胎階段。這表明mRNA在不同的哺乳動物干細胞之間移動具有顯著的生物學影響，而不僅僅是移動，甚至是細胞命運轉換。該團隊還確定了幾個關鍵的轉錄因子參與這一過程，具有多能狀態維持的基本功能。

綜上所述，本研究的結果揭示了細胞間mRNA轉移的重要性。第一作者Yoneyama說：“這項研究提供了對細胞間通訊新機制的見解，說明了細胞群如何與周圍環境協調共存，從而促進了我們對生物現象的理解。”

Takebe總結道：“我們希望我們的發現有助于開發新的細胞命運控制技術，這種技術不依賴于人工基因導入或化合物。”這些技術可能會導致再生醫學和新藥的新治療策略。

進一步的努力將需要完全掌握細胞間通信的復雜性，這一團隊已經期待著追求這一令人興奮的研究方向。

參考資料

[1] Intercellular mRNA transfer alters the human pluripotent stem cell state