اثر متابولیسم اسیدهای آمینه روی عملکرد و تمایز سلول های بنیادی جنینی
تاریخ انتشار: جمعه 19 آبان 1396
| امتیاز:
سلول های بنیادی جنینی(ESCs) و سلول های بنیادی پرتوان القایی(iPSCs) به دلیل توانایی شان در تمایز به هر سه لایه زایای اولیه، در طب بازساختی امیدوار کننده نشان داده اند. این مطالعه پیشرفت های اخیر در درک ارتباط بین متابولیسم ESCs/iPSCها و حفظ و تمایز آن ها در مجموعه های کشت سلولی با تاکید بر متابولیسم آمینواسیدها(AA) توصیف می کند. مشخص شده است که سلول های بنیادی جنینی دارای ویژگی های متابولیکی منحصربفردی از نظر مصرف انرژی، شار متابولیتی از طریق مسیرهای خاص و سنتز مارکرومولکول ها هستند. بنابراین، در دسترس بودن مواد غذایی اثر قویی روی رشد، خود نوزایی و تخصصی شدن رده ای سلول های بنیادی هم در آزمایشگاه و هم در بدن دارد. شواهد بدست آمده از آزمایشگاه متعدد نشان داده است که خودنوزایی و تمایز ESCهای موشی شدیدا به متابولیسم پرولین وابسته است و متابولیت های پایین دست به احتمال زیاد به عنوان مولکول های سیگنال عمل می کنند. به همین ترتیب، کاتوبولیسم ترئونین(موش) یا متیونین(انسان) برای رشد و تمایز سلول های بنیادی جنینی ضروری است زیرا این آمینو اسید ها به عنوان پیش سازهایی برای مولکول های اهدایی استفاده شده در متیلاسیون و استیلاسیون هیستون عمل می کنند. مکانیسم های اپی ژنتیک به عنوان مراحل کلیدی در تمایز به شمار می آیند و متابولیسم اسیدهای آمینه در سلول های بنیادی جنینی به نظر می رسد این فرایندهای اپی ژنتیکی را تعدیل می کند. گزارش های اخیر نشان دده است که در شرایط آزمایشگاهی، ترکیب مواد غذایی محیط کشتی که در آن سلول های بنیادی جنینی به اجسام جنینی تمایز می یابند می تواند روده تخصصی شدن رده ای تاثیر بگذارد و منجر به غنی سازی نوعی خاص از سلول ها شود. اگرچه تحقیق های طراحی شده برای هدایت تخصصی شدن بافت از تمایز اجسام جنینی در کشت، هنوز در مراحل ابتدایی است، نتایج اولیه نشان می دهد که دستکاری مواد غذایی می تواند تشکیل رده های سلولی خاص را افزایش دهد یا سرکوب کند.
Adv Nutr. 2016 Jul 15;7(4):780S-9S. doi: 10.3945/an.115.011031. Print 2016 Jul.
Influence of Amino Acid Metabolism on Embryonic Stem Cell Function and Differentiation.
Kilberg MS1, Terada N2, Shan J3.
Abstract
Embryonic stem cells (ESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs) have promise in regenerative medicine because of their ability to differentiate into all 3 primary germ layers. This review describes recent advances in the understanding of the link between the metabolism of ESCs/iPSCs and their maintenance/differentiation in the cell culture setting, with particular emphasis on amino acid (AA) metabolism. ESCs are endowed with unique metabolic features with regard to energy consumption, metabolite flux through particular pathways, and macromolecular synthesis. Therefore, nutrient availability has a strong influence on stem cell growth, self-renewal, and lineage specification, both in vivo and in vitro. Evidence from several laboratories has documented that self-renewal and differentiation of mouse ESCs are critically dependent on proline metabolism, with downstream metabolites possibly serving as signal molecules. Likewise, catabolism of either threonine (mouse) or methionine (human) is required for growth and differentiation of ESCs because these AAs serve as precursors for donor molecules used in histone methylation and acetylation. Epigenetic mechanisms are recognized as critical steps in differentiation, and AA metabolism in ESCs appears to modulate these epigenetic processes. Recent reports also document that, in vitro, the nutrient composition of the culture medium in which ESCs are differentiated into embryoid bodies can influence lineage specification, leading to enrichment of a specific cell type. Although research designed to direct tissue specification of differentiating embryoid bodies in culture is still in its infancy, early results indicate that manipulation of the nutrient milieu can promote or suppress the formation of specific cell lineages.
PMID: 27422515