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人体细胞需要精确的了解其周围的环境，来自一个方向的信号也许会导致细胞作出针对其它方向信号完全不同的应答。然而不幸的是，对于研究人员来说，这些关键的方向线索在他们将细胞从天然环境中取出，放到营养物质和生长因子的人工培养基里的时候，就已经丢失了。
来自美国斯坦福大学医学院和霍华德休斯医学院的研究人员近期研发出了一种新方法，能模拟正常细胞空间环境的信号传导。
利用这种方法，研究人员发现在人类胚胎干细胞细胞膜上有一种“现在进行分裂”信号，这种信号的位置能调控细胞平面分裂开始的位置。而且这也决定了两个子细胞中哪一个将保持干细胞特性，用于替换或修复受损组织。
这项研究提出了一种前所未有的，实时观测的方法，能解析了一个单干细胞在决定何时和如何进行分裂，以及其子细胞将会变成什么。而且这也不仅局限于干细胞。 “在机体中，每个细胞可能都是在不同方法生长并分化的，”文章的通讯作者，发育生物学教授 Roeland Nusse说，“如果没有这个指导，特异性细胞将会出现在错误的地点。现在，我们可以实时研究单个哺乳动物细胞的分化，观察它们是如何有方向性的分裂和分化的。”
了解这种自我更新和分化的过程，对于未来切实掌握干细胞用于临床治疗至关重要。而且细胞极性，或者说是分辨顶端和低端，右边和左边的能力，也是了解其它许多生物学进程的关键所在。比如说，头发是朝着外部生长的，而不是朝着体内生长的。
干细胞具有独一无二的特性——既能自我更新，又能产生分化成各种细胞类型的祖细胞，一个单干细胞可以分裂为两个新的干细胞，这一过程被称为非对称分裂，会产生一个干细胞和一个祖细胞。原来的母细胞变成了两个新的子细胞，这种方法能确保干细胞在发育或伤口愈合期间不会被耗尽。
不过当这些细胞在实验室中生长的时候，情况就不同了，研究人员通常会选择一些偏向性生长条件：自我更新或分化成特殊细胞类型。这些生长或分化的信号会同时影响所有的细胞，就不可能检测出这些信号的位置如何以及是否会影响最终结果了。
这项研究中，研究人员检测了一种称为Wnt3a的蛋白，对人胚胎干细胞的影响，Wnt3a在胚胎发育与干细胞生长维持方面扮演了重要角色。干细胞表面有许多Wnt蛋白的受体，而Wnt3a能促进几种类型的干细胞的自我更新，而不是分化。
研究人员将Wnt3a蛋白分子与一种微小的合成珠连接在一起，然后将其与胚胎干细胞一道培养。然后观察随着时间的推移，这些细胞与Wnt3a蛋白相互作用的情况。
结果显示这种方向性信号的作用十分明确，75％的干细胞朝着十分特异的方向开始进行了分裂，分裂面垂直于信号所在位置。研究人员还发现，靠近Wnt3a信号的子细胞表达的蛋白，表明其仍然具有多能性，或者说是干性，而离得远的子细胞则开始进行分化。
研究人员推测，这种距离信号的远近引起了子细胞功能的区别。“我们发现这两个过程：分裂和分化是相互耦合的，”Nusse说，“当然在现实生活中，细胞要同时接触很多信号。但通过分析一种蛋白，一个细胞，我们能清楚的了解到，细胞的分裂与Wnt信号来源是对应的，一个靠近信号的子细胞保持着多能性，而远一些的则会分化。”
下一步研究人员将在其它干细胞类型中进行深入探访，也将针对影响细胞极性的其它元件的突变细胞进行分析。（生物通：张迪）