精子干細(xì)胞如何維持其數(shù)量

精子的穩(wěn)定生產(chǎn)依賴于睪丸中精子干細(xì)胞的數(shù)量保持不變。研究人員包括助理教授Yu Kitadate和Shosei Yoshida教授(日本國立自然科學(xué)研究院國家基礎(chǔ)生物學(xué)研究所的發(fā)育生物學(xué)家)和Benjamin Simons教授(英國劍橋大學(xué)理論物理學(xué)家)干細(xì)胞群控制的新機(jī)制。他們的研究結(jié)果表明，在小鼠睪丸中通過自我組織的過程實(shí)現(xiàn)恒定的精子干細(xì)胞數(shù)量，其中它們主動遷移并競爭有限供應(yīng)的自我更新促進(jìn)成纖維細(xì)胞生長因子(FGF)。該研究在Cell Stem Cell上在線發(fā)表在2018年11月20日。

為了確保分化細(xì)胞的丟失與其在長壽命多細(xì)胞生物中的替代之間的平衡，保持組織干細(xì)胞數(shù)量恒定至關(guān)重要。未能維持干細(xì)胞數(shù)量被認(rèn)為是衰老和疾病進(jìn)展的基礎(chǔ)。在諸如果蠅果蠅和哺乳動物腸道的睪丸和卵巢之類的組織中，干細(xì)胞聚集在它們的專門家中，其中自我更新促進(jìn)因子是豐富的 - 這是干細(xì)胞生態(tài)位。在這些組織中，干細(xì)胞數(shù)量僅通過生態(tài)位的容量來控制。然而，精子干細(xì)胞不是聚集在小鼠睪丸中，而是高度運(yùn)動并廣泛分散在基底膜上。然而，它們的密度仍然令人驚訝地均勻，因此提出了如何調(diào)節(jié)它們的數(shù)量的問題。

在這項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)一部分淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞(LE)產(chǎn)生FGFs(特別是Fgf5,8和4)，促進(jìn)干細(xì)胞自我更新。

Kitadate助理教授說：“睪丸中的淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞是在20世紀(jì)70年代通過使用電子顯微鏡描述的，但很長一段時(shí)間都沒有給它們注意。幸運(yùn)的是，我們的篩選再次遇到了這些細(xì)胞。并透露他們隱藏的角色。“

對FGF產(chǎn)生增加或減少的小鼠的定量分析揭示了一種簡單的機(jī)制：遷移干細(xì)胞攝取和消耗FGF。消耗更多FGF的干細(xì)胞可能復(fù)制，而消耗較少的FGF傾向于分化。在這個框架下，干細(xì)胞有效地相互競爭有限的FGF供應(yīng)，導(dǎo)致干細(xì)胞數(shù)量自動調(diào)整到特定值，這取決于FGF供應(yīng)的速率。基于“自我更新促進(jìn)因子(或有絲分裂原)的競爭” 的干細(xì)胞數(shù)控制的新穎和極其簡單的機(jī)制的發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了對組織中干細(xì)胞的調(diào)節(jié)的理解，而沒有規(guī)范的，解剖學(xué)上可定義的干細(xì)胞生態(tài)位 -微環(huán)境，有時(shí)被稱為開放的利基。

Simons教授說：“作為干細(xì)胞密度控制的一般和強(qiáng)大機(jī)制，這些研究結(jié)果可能對其他組織類型的干細(xì)胞密度調(diào)節(jié)具有重要意義。”

吉田教授說：“精子干細(xì)胞在睪丸中遷移以攝入FGF，就像奶牛在草地上移動吃掉它們生活的草一樣。有趣的是，干細(xì)胞的動態(tài)可以用類似于生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)來描述 -我心愛的跨學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)的成果!“

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