肌肉组织中的振荡

肌肉干细胞必须随时准备好开始行动：当肌肉受伤时，例如，在体育活动期间，他们有责任尽快开发新的肌肉细胞。当肌肉长大，因为它的主人仍在成长或已开始做更多的运动，干细胞的转换也是必需的。

“然而，与此同时，身体需要有一种机制可以阻止干细胞的不受控制的分化 - 因为否则这些细胞在肌肉中的供应会迅速耗尽，”Carmen Birchmeier教授说。亥姆霍兹联合会(MDC)MaxDeldelbrück分子医学中心发育生物学/信号转导研究小组。

以前只知道在脑干细胞中发生过振荡

Birchmeier与来自柏林，科隆，伦敦，巴黎和京都的同事合作进行了小鼠实验，研究了这种机制的工作原理。研究小组现在在Genes&Development杂志上报道，MyoD和Hes1蛋白调节肌细胞的分化。它们以干扰细胞的振荡方式产生 - 即，产生的细胞数量存在周期性波动。

“首先，这种观察本身就令人惊讶，”Birchmeier说，“因为我们之前没有人发现过肌肉中蛋白质的振荡。”以前只在大脑的干细胞中观察到这种现象。MDC研究人员希望她的研究有朝一日可以更好地治疗肌营养不良症和肌肉减少症，这种综合征的特征是随着年龄的增长肌肉量逐渐减少。

生产每两到三个小时全速运转

“在我们的实验中，我们首先将Hes1和MyoD连接到蛋白质上，发光 - 即发光 - 蛋白质，以便我们更好地跟踪它们的发育，”该研究的主要作者Ines Lahmann博士解释道。 Birchmeier研究小组成员。然后，研究小组能够观察到 - 在分离的细胞，肌肉组织和活体动物中 - 作为Notch信号通路的一部分的Hes1蛋白以振荡方式产生。

“生产每两到三个小时达到高峰，然后再次下降，”Lahmann报告说，他们在MyoD蛋白中遇到了同样的现象。“只要干细胞中MyoD的数量周期性波动，细胞就会生长和分裂，从而自我更新，”拉曼说。据她说，这可以确保肌肉中始终有足够的干细胞供应。

稳定的蛋白质生产对于分化至关重要

当肌肉干细胞开始分化并发育成肌细胞时，一个结果就是长肌纤维的形成。例如，当肌肉在年轻的有机体中生长或者在受伤后试图自我修复时，就会发生这种情况。“每当我们在显微镜下观察到这种细胞转化时，我们就已经注意到振荡已经停止并且MyoD被稳定表达 - 无论我们是在看新生动物还是成年动物，”Birchmeier报道。

然后她的团队开始完全关闭Hes1的基因，以便干细胞中不再产生蛋白质。研究人员还对细胞和活体动物进行了这项实验。“Hes1的缺乏导致MyoD不再以振荡方式产生，而是以稳定的方式产生。所有干细胞因此开始分化，”Birchmeier说。

目标是为肌肉疾病患者提供新疗法

“我们的实验表明，当涉及干细胞分化和可能的许多其他细胞过程时，基因不是简单地打开或关闭 - 而且我们距离了解当我们使用遗传技巧时发生的所有发展还有很长的路要走。做到这一点，“Birchmeier强调。

她和她的团队接下来想要研究为什么MyoD的振荡导致肌肉中不发生干细胞分化，以及为什么需要稳定生产蛋白质才能引发这一过程。“一旦我们对整个过程有了更好的了解，”研究人员说，“我们将能够更好地帮助那些肌肉再生的自然能力受损的肌肉疾病患者。”