細胞間的溝通在所有生命形式和階段中都至關(guān)重要，許多溝通機制已被深入研究。然而，近年來(lái)，科學(xué)家們發(fā)現越來(lái)越多的證據表明，RNA不僅攜帶遺傳信息并調節基因表達，還參與細胞間的交流。

信使RNA（mRNA）傳遞的一種方式是通過(guò)細胞外小泡。細胞分泌小型膜泡，這些膜泡中含有生物分子，包括RNA，周?chē)募毎梢晕账鼈?。而一種較少被理解的mRNA轉移機制涉及細胞接觸時(shí)形成的管狀結構。然而，這種類(lèi)型的mRNA運動(dòng)的相關(guān)報道非常有限，這種交流在干細胞中的生物意義仍然大部分是個(gè)謎。

在這一背景下，由東京科學(xué)研究所的Takanori Takebe教授領(lǐng)導的研究團隊，調查了不同類(lèi)型干細胞之間mRNA轉移的機制及其作用。他們的研究結果發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》雜志上。

為了更方便地檢測mRNA在細胞之間的轉移，研究人員采用了一種共培養實(shí)驗系統。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，他們將小鼠胚胎干細胞（mESCs）與人類(lèi)準備性多能干細胞（hPSCs）共同培養。“當我們出于不同目的開(kāi)始這個(gè)共培養實(shí)驗時(shí)，幾乎意外地發(fā)現了這種意想不到的mRNA轉移現象，因為我們能夠通過(guò)小鼠和人類(lèi)之間的基因序列差異來(lái)區分內源性表達的基因和側向轉移的mRNA，”Takebe解釋道。   

利用這一實(shí)驗系統，再結合RNA成像分析和小鼠特異性基因表達分析，研究團隊揭示出在共培養過(guò)程中，mESCs中的mRNA轉移到了hPSCs中。對轉移的mRNA進(jìn)行的深入分析表明，與轉錄、翻譯和應激反應相關(guān)的分子編碼的mRNA從小鼠細胞轉移至人類(lèi)細胞。研究小組還證明，這種mRNA轉移是通過(guò)在小鼠和人類(lèi)細胞之間形成的稱(chēng)為“隧道狀納米管”的膜擴展結構實(shí)現的。

接下來(lái)，研究人員調查了這種轉移的mRNA對接收細胞的生物影響。值得注意的是，他們發(fā)現準備性hPSCs能夠恢復到一種所謂的“天真”狀態(tài)。換句話(huà)說(shuō)，這些人類(lèi)細胞回歸到了其分化的早期胚胎階段。這暗示著(zhù)不同哺乳動(dòng)物干細胞之間轉移的mRNA具有重要的生物學(xué)意義，甚至能夠影響細胞命運的變化。研究團隊還識別出若干在這一過(guò)程中發(fā)揮重要作用的關(guān)鍵轉錄因子，這些因子對多能狀態(tài)的維持至關(guān)重要。

綜上所述，這項研究結果闡明了細胞間mRNA轉移的重要性。第一作者Yoneyama表示：“這項研究提供了對細胞之間溝通新機制的見(jiàn)解，說(shuō)明細胞群體如何與周?chē)h(huán)境協(xié)調和共存，從而推動(dòng)我們對生物現象的理解。”Takebe總結道：“我們期望我們的發(fā)現能夠為開(kāi)發(fā)一種不依賴(lài)人工基因導入或化學(xué)化合物的新型細胞命運控制技術(shù)作出貢獻。”這樣的技術(shù)可能會(huì )引領(lǐng)該領(lǐng)域的新方法和新材料的發(fā)展。

要全面掌握細胞間溝通的復雜性，還需要進(jìn)一步的努力，而Takebe的團隊已經(jīng)期待著(zhù)繼續深入這一令人興奮的研究方向。

雜志：Proceedings of the National Academy of Sciences

DOI：10.1073/pnas.2413351122