物理化学与生物物理学杂志
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抽象的

质子信号传导在体细胞诱导为多能胚胎干细胞中的作用

伊藤悦郎、徐文丽、吉冈彻

人们研究了胚胎干（ES）细胞建立和卵细胞受精的机制，但没有检查这些细胞类型之间的相互作用，这可能是因为缺乏考虑ES细胞和受精卵细胞之间的相似性，特别是缺乏钙信号传导。在这里，我们统一了分别开发的各种概念，因此脂肪在 ES 细胞和受精卵中，尽管两种类型的细胞具有相同的命运（即成为体细胞）。我们讨论随着细胞周期发生的细胞质中水性质变化的概念，该概念最初是在生物物理学领域引入的。从这方面来说，ES细胞和受精卵的异同就可以理解了，水性的变化有助于解释为什么ES细胞可以像受精卵一样具有多能性，在进行酸处理等从头刺激后。小保方等人。最近发现了一种在瞬时低 pH 刺激下从体细胞生成多能干细胞的捷径，他们将其命名为“刺激触发获得多能性 (STAP)”细胞 [1]。这份报告对许多发育生物学家和临床医生产生了重大影响，因为低 pH 处理似乎是一种意想不到的简单方法，可以将体细胞转变为多能胚胎干 (ES) 细胞 [2]。

然而，这种方法对生物物理学家来说并不那么令人惊讶，因为已经发现几种类型的细胞应激可诱导与 Ca2+ 瞬时增加相关的卵子活化，例如由于施加 NH4Cl 和/或 CO2 或什至机械作用引起的细胞质 p​​H 值的变化。用针刺破[3]。2002 年，伯登等人。据报道，具有多能性的外胚层细胞是从 ES 细胞的长期培养中获得的 [4]。ES 细胞具有不寻常的细胞周期，其中在其他类型细胞中运行的 G1 期减少 [5]。ES细胞的这些特征与肿瘤细胞增殖的失调特征有关。与这些类型的细胞不同，受精卵也通过 Ca2+ 振荡开始自己的细胞周期 [6]。这种 Ca2+ 振荡可以用一钙池或二钙池模型来解释，在每次 Ca2+ 增加的上升阶段，Ca2+ 和肌醇 1,4,5-三磷酸 (IP3) 的增加会产生正反馈。因此，可以合理地推测，细胞周期是体外培养的ES细胞中Ca2+振荡和体内体细胞中昼夜钙节律的时间保持者，并且还发现这与Ca2+振荡的缓慢频率有关。 ，每天 1 个周期 [7]。

细胞中水状态的性质变化是另一个关键问题。Mantré描述说，体内体细胞中的水状态具有有序结构的结合水（如冰），而ES细胞和癌细胞在G1和G2期具有游离（正常）水[8]。只有质子，而不是其他离子，能够在结合水表面移动，而在自由水中，所有类型的离子（包括质子）都可以通过扩散移动。在这篇综述文章中，我们描述了体细胞和 ES 细胞在质子信号传导方面的差异，质子信号传导调节 Ca2+ 振荡，以及与细胞周期相关的水性质的变化。质子信号传导在核重编程至多能阶段中发挥着关键作用。