文摘
传感单元环境时,芳基碳氢化合物受体(AHR)与不同途径参与细胞内稳态。本文总结了证据表明细胞再生的衰老和疾病干细胞可以通过AHR调制信号。新见解连接孤立的观察到与气道高反应性等关键信号通路WNT提出一个角色配体依赖性转录因子的细胞再生通过改变调制的途径培养细胞扩张,如代谢效率的变化,而不是通过直接改变细胞循环,扩散,或细胞死亡。针对AHR促进再生可能被证明是一个有用的策略来避免不平衡破坏的平衡,还可以促进疾病和提供潜在的再生医学生物原理的方法。
1。理解自我更新是研究组织再生的关键
细胞再生涉及事件的总和,更新细胞,恢复其功能,并维持其经济增长。可以生理信号,触发细胞再生,如细胞营业额或老化,或病态,如创伤或疾病。细胞再生并不是一个新领域的科学调查,但在过去的几十年中已经富含干细胞研究带来的新见解和工具导致再生医学的发展。再生医学旨在取代,工程师,或再生人体细胞、组织或器官的最终目标是恢复或建立正常功能1]。干细胞之间的重要连接功能和细胞再生的概念在成人和产后干细胞自我更新。自我更新允许维护组织的层次结构,当父母的细胞增殖和分化的潜力被保留在一个或两个试验点。因此,自我更新是一种不对称的细胞分裂,全部或部分的后代保持亲代细胞的增殖和分化状态(2]。
如今,基因组和蛋白质组学方法可以用来评估自我更新通路是否参与了疾病的发展,老化,或接触的化学物质。然而,最健壮的方法可用来测试自我更新功能是限制稀释试验(3]。这些化验异常在小鼠模型建立,但他们的应用程序比血液和乳腺组织其他可能受到一些限制,因为定量需要使用大范围的供者细胞数量可能是不现实的。这个试验是用来计算细胞的数量,能够再生接受移植的供者细胞的比例。在研究的开始,至少有三个不同数量的供体细胞进行测试。在实验的最后,积极的还是消极的再生接收者的数量是得分。结果分析假设(1)只有自我更新的细胞再生收件人,(2)一个罕见的和随机分散的供体细胞自我更新能力足以再生收件人(4),(3)再生的概率遵循single-hit的泊松分布模型(5]。此外,还有不同的试管连续稀释法测定,但因为他们不能概括整个组织层次结构,得出结论关于自我更新时需要谨慎。因此,当加权证据的某些途径参与自我更新和维护组织内稳态,我们需要考虑技术的分辨率和力量用于生成数据。
对于一个不对称的细胞分裂发生,一些线索管理本质上通过有机体的程序(6]。或者,可以有外在线索导致自我更新,丰富了,占了很大的灵活性的规定自我更新(7]。例如,在缺乏细胞接触,条件媒体从基质细胞结合钢因子和白介素11可以支持自我更新的造血干细胞(HSC) [8]。这种灵活性在再生医学开辟了机会来促进组织再生利用负责外在自我更新的信号控制。
2。气道高反应性的作用在干细胞的自我更新细胞与上下文相关,这是由完善的自我更新信号
过去30年来,越来越多的证据表明支持的芳基碳氢化合物受体(AHR)不仅是一种异型生物质传感器,但它也促进组织内稳态的变化的函数依赖的维护不同类地分化人口来自干细胞自我更新。
从历史上看,发现气道高反应性为中介的卤代芳烃和多环芳烃的毒性反应,包括其最有力的外源性配体2,3,7日8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD) [9]。气道高反应性规范的配体结合发生在胞质导致一系列构象变化,最终将进入气道高反应性的高亲和性在细胞核DNA结合的形式作为转录因子及其HIF1 heterodimeric伙伴β(10]。TCDD-binding指纹守恒的残留的苏氨酸283年,285年组氨酸,289年苯丙氨酸,酪氨酸316年,异亮氨酸319、345年苯丙氨酸,丙氨酸375气道高反应性的配体结合域内形成一个腔守恒在哺乳动物明显所需最优的高亲和性TCDD绑定(11]。典型信号诱发气道高反应性摘要(CYP1A1、CYP1A2和CYP1B1), glutathione-S-transferase, NQO1、ALDH3 [12]。功能的研究在动物模型的急性和发展暴露在兴奋剂TCDD(气道高反应性13,14]显示直接不利影响小鼠肝星状细胞的自我更新能力。造血祖细胞数量的变化被观察到在体外治疗气道高反应性与受体激动剂苯并(a)芘导致表型的数量减少人类造血祖细胞(CD34定义+)[15CD34)和增长+当暴露在对手StemRegenin-1气道高反应性(SR1) [16]和GNF351 [17]。此外,对抗与SR1气道高反应性已被证明是一种有效的策略来增加CD34的数量+通过增加自我更新甚至在人类细胞在病理条件下,如白血病和遗传不稳定(18]。此外,自我更新信号气道高反应性的作用已被证明与rna结合蛋白MSI2由于AHR的互动(19]。气道高反应性的影响异型生物质拮抗剂增加干细胞数量是一个拐点气道高反应性在我们的了解和自我更新,因为这些发现后,气道高反应性的研究超越了毒理学在再生医学领域的振兴努力处理新颖的方式增加的数量,同时保持了质量干细胞细胞治疗应用程序(20.]。
虽然是一个普遍的共识,AHR无处不在在产前和成人组织中表达,现在还不清楚AHR水平体外和多能性的损失可能会发生变化。气道高反应性评价表达在体外发育模型,脐带血细胞重新编程为诱导多能干细胞(iPSC)和彩色标记的多能性OCT3/4气道高反应性和。接下来,胚状体具尸体从iPSC形成和分化成造血细胞系如前所述21]。流式细胞仪是用于分析表达式使用商用AHR气道高反应性抗体(克隆RPT9)共轭allophycocyanin。正如所料,AHR是表达无差别的iPSC(图1(一)),表达式是保持即使胚状体body-mediated体外造血分化(图1 (b))。此外,AHR是表达人类造血干细胞/祖细胞和本地化主要在细胞核内动员外周血与健康的自我更新活动(图1 (c))和外周血造血疾病患者改变他们的自我更新功能活动(图1 (d))。这些分析,动员外周血和临床症状患者的外周血白血病获得和处理(如前所述)(18]。CD34排序+被高速离心沉积在玻璃和彩色AHR(克隆RPT9)和核DAPI染色。在可能的情况下,进一步区分长期(CD34+CD38−)和短期(CD34+CD38+)自我更新的HSC [22)是使用流式细胞仪完成。(克隆RPT9)测定气道高反应性细胞内表达的平均荧光强度(MFI)使用流式细胞仪。人类造血细胞自我更新能力是衡量使用异种移植到老鼠如前所述[23]。总之,图1表明,多个表达式总是存在气道高反应性细胞自我更新活动的独立。这些观察清楚地表明,气道高反应性的微分信号和不表达可能驱动调控自我更新活动。
(一)人类诱导多能干细胞
(b)从iPSC造血分化
(c)人力动员外周血
人类白血病患者外周血(d)
乳腺干细胞自我更新的另一个组织是负责维持体内平衡(24]。气道高反应性的证据支持参与乳腺细胞的自我更新的活动显示,当培养乳腺癌细胞自我更新细胞,病理状态伴随着气道高反应性的变化响应基因(25]。同样的研究表明,SR1和一个相关的AHR拮抗剂SR2增加乳腺癌干细胞的自我更新能力移植LY6E基因不直接参与自我更新,但可以改变细胞生长因子循环和响应。令人惊讶的是,健康的乳房组织似乎保护AHR-mediated致癌性(26)小分子代谢相关基因的抑制气道高反应性的行动提出了独立。信号传导气道高反应性,这些结果显示一些交互的乳腺细胞自我更新能力,但进一步的研究利用分子工具可能会提供信息所涉及的特定的球员。
它最近被证明持久ligand-activation TCDD皮肤干细胞存在于皮脂腺负责氯痤疮的发展,疾病的特点是终端分化的调节异常角化细胞和皮脂腺的化生27]。一个复杂的转录因子之间的相互作用,如cMyc Blimp1,β连环蛋白/ TCF(著名的成员WNT信号)刺激逃离静止与一块更增殖状态,但终端皮脂腺分化有利于interfollicular表皮细胞的增殖导致氯痤疮的临床表现。
在鼠标,肝细胞与多功能的能力称为椭圆形细胞表达功能和气道高反应性激活有严重影响这些细胞的数量(28]。G0比率的增加在椭圆形G1细胞暴露在兴奋剂TCDD一直归因于降低气道高反应性的表达细胞周期蛋白D1和细胞周期蛋白和p27表达增加导致块在视网膜母细胞瘤蛋白的磷酸化负责G0 G1过渡。这些观察是否影响自我更新能力直接或对称分裂,目前尚不清楚,但气道高反应性的研究提供了进一步支持灵活性在多个细胞环境的反应。
胎儿和成人的比较小鼠气道高反应性前列腺干细胞显示信号是丰富和WNT和刺猬通路(29日]。本研究整理成人和胎儿前列腺细胞基于表达式或本来就缺乏。正如所料,干细胞表型定义的转录概况(本来+)与体内前列腺细胞的自我更新能力。此外,AHR表达被发现必要的调控Sca1的自我更新+从胎儿和成人前列腺细胞。在其他组织没有AHR-HEDGEHOG交互的进一步证据被描述。有一些证据AHR-NOTCH交互(30.,31日)在免疫系统的发展;然而,这些观察结果表明,这些交互影响力量而不是自我更新和分化能力。
总之,AHR的中断功能丧失或配体结合的影响在多种组织干细胞的自我更新能力,但目前尚不清楚AHR是一个自我更新的路径相同的程度上建立自我更新WNT通路,切口和刺猬。此外,信号及其气道高反应性的多效性的影响无处不在的气道高反应性组织表达表明,在自我更新中所扮演的角色是作为一个中介所必需的信号支持自我更新的变化。
3所示。气道高反应性之间的串扰和WNT自我更新途径可能是由葡萄糖反应可用性
最近利用小鼠胚胎干细胞研究表明:TCDD改变WNT信号通路(32对心肌细胞分化)与毁灭性的影响。开创性的KO小鼠气道高反应性的研究,出于二恶英的心脏致畸性,得出的结论是,胚胎心脏扩大观察KO小鼠气道高反应性与一个明显心脏条件无关但微妙的失调的胰岛素,成为公开的与衰老(33]。明确AHR-WNT连接时也明显年龄HSC从KO小鼠气道高反应性进行了研究34]。这些结果符合流行病学数据显示糖尿病风险增加在人们暴露在强大的异型生物质配体(气道高反应性35)和预测行为的背景水平的异型生物质AHR TCDD糖尿病在老年人以外的配体36]。此外,HIF1的损失β异型生物质后气道高反应性,核heterodimeric伙伴的绑定和HIF1α在低氧环境中,调节人类2型糖尿病(37]。独立报告显示,交互的胰岛素生长因子(IGF)及其受体在实体肿瘤倾向于自我更新行为。也,TCDD扰乱IGF信号在乳腺癌细胞通过协会的AHR CCND1基因启动子(38]。有趣的是,胰岛素样生长因子及其受体的功能失活与糖尿病发病在肌肉细胞39]。气道高反应性,这些报告建议的参与信号在细胞事件负责葡萄糖体内平衡。工作机械的假设葡萄糖可能作为内源性配体的AHR内皮细胞通过绑定到响应元素在其他基因的启动子比调节标准信号(气道高反应性40也揭示了一个鲜为人知的AHR基因目标:血小板反应蛋白- 1 (THBS1)。重要的是要注意,当−5 kb到+ 2 kb人类THBS1基因启动子区域是著名的AHR响应要素促进剂相比,至少有两个假定的序列匹配分数接近训练集(41)(表1)。THBS1编码的相关矩阵糖蛋白,其特征是一个常会域共享许多R-spondins [42),获得利益,因为他们假定的角色成年干细胞生长因子由其余WNT信号(43,44]。正如所料,AHR-dependent失调的WNT信号通过R-spondins可以破坏组织再生在斑马鱼模型(45]。WNT信号之间的联系和葡萄糖稳态已经广泛在文献中解决。一般来说,激活规范WNT信号增加乳酸生产通过葡萄糖和谷氨酰胺作为碳源在增殖细胞的新陈代谢(46]。特别是,葡萄糖的可用性在生理范围内可以激活己醣胺时WNT信号途径利用葡萄糖产生N-linked糖化WNT蛋白(47]。此外,WNT依赖稳定的β连环蛋白在细胞核tumor-derived细胞系严重依赖葡萄糖(48]。总之,有明显的证据表明,WNT-AHR信号调节葡萄糖代谢(49调节干细胞的再生能力。
最新的,没有建立气道高反应性的内源性配体,但有某些协议在不同的细胞类型不同应对内源性配体(气道高反应性50]。可能原因的差异可能驻留在使用多个绑定口袋可用特异性的方式。虽然没有足够的信息来进行这种类型的分析,虚拟屏幕配体进行分析葡萄糖作为AHR的配体的可能性。基于web的软件FINDSITEcomb [51)是用于生成一个全息模板预测配体结合袋的使用信息从CHEMBL数据库的AHR是手工打造的生物活性分子的化学数据库维护的欧洲生物信息学研究所药物类属性。自(4 m4x)拥有PER-ARNT-SIM气道高反应性配体结合域,使用的软件实验数据的配体和配体结合域PER-ARNT-SIM-containing模板获得蛋白质数据银行文件包含的文本文件的三维结构EPAS1 / ARNT (4 ghi) EPAS1 / ARNT (3 f1n) EPAS1 / ARNT (3 h7w)感觉盒子组氨酸激酶/响应监管机构(3 mr0),传感器蛋白质(3 bwl), 8-oxoguanine-DNA-glycosylase f10 (3)。这些信息可以获得预测AHR配体结合的口袋里,然后用来执行一个虚拟屏幕配体对12 271化合物KEGG图书馆包括拮抗剂SR1气道高反应性。化合物的排名根据他们的相似性预测AHR绑定生成口袋使用Tanimoto的系数。因此,系数较小的化合物的三维结构更类似于绑定的口袋里。图2显示绑定的口袋是高度适应的异型生物质的化合物;然而,葡萄糖和其他提出内源性配体和拮抗剂SR1不太可能与相同的绑定的口袋里。例如,维生素D受体的转录因子是一个很好的例子多效性的影响,使用一个以上的配体结合口袋启动信号(52]。进一步的研究需要考虑气道高反应性干细胞是否可能受配体通过选择绑定的口袋可能导致绑定响应气道高反应性替代元素和监管不同的基因启动子。
4所示。调节细胞能量气道高反应性
AHR应该葡萄糖作为配体,它是必要的气道高反应性识别受公认的目标基因,可以直接干预细胞能量。文化精母细胞暴露于香烟烟雾冷凝物,含有大量有毒的促炎的配体(气道高反应性53),有更高的葡萄糖摄取但ATP生产下降(54]。同时,高水平的AHR受体激动剂在人类血清与肌母细胞(细胞ATP产量下降55]。Patient-derived AML细胞已被证明有更高的耗氧率(56可能符合一个低效的氧化磷酸化也称为有氧糖酵解报道在葡萄糖的实体肿瘤,能源的主要来源,是转化为乳酸和二氧化碳由于缺氧环境,而不是线粒体功能障碍(57,58]。气道高反应性,文献表明,可能直接干预调节细胞能量的使用。
由嘌呤衍生物SR1自我更新,增加一个对手气道高反应性,测量CD34的数字+表型定义HSC也被观察到在HSC中断自我更新能力有利于氧化磷酸化的人类骨髓和周围血液细胞。虽然有些病人的样本CYP1B1,差别显示对这些这些患者样本中最一致的观察基因的upregulation COX7B伴随着细胞代谢的变化(18]。CYP1B1造血效应被认为是最相关的基因的转录因子(气道高反应性16编码一个CYP450单氧酶在代谢中扮演重要角色的小分子参与细胞的维护和生存,如类固醇(59),但对细胞能量的变化还不清楚。另一方面,COX7B是一个核基因编码的一个亚基细胞色素c氧化酶(COX),线粒体呼吸链的终端组件。有趣的是,变化的表达COX7B和THBS1都观察到的遗传损伤患者的早期发病急性冠脉综合征(60]。COX7B以及THBS1公认的经典之中AHR响应元素(表1)。有趣的是,另一个响应要素被描述的AHR气道高反应性乳腺癌细胞不应对预期的配体,但低氧刺激气道高反应性低氧张力等文化和钴(61年]。本研究加强了理由的可能性最相关的外在线索来确定反应由于低氧张力是气道高反应性干细胞利基市场的特征。一般来说,干细胞自我更新更依赖糖酵解比氧化磷酸化ATP生产(62年)被认为是一种适应低氧张力的利基市场。清楚地证实了干细胞的代谢调节的研究之间的发展差异高度胎儿肝脏HSC增殖和成人骨髓(63年]。观察类似功能和转录SR1人类HSC无论内在自我更新能力(18),增加自我更新潜能是伴随着增加相关基因的表达在氧化磷酸化的高度增殖干细胞。上面所示的证据对气道高反应性之间的交互和WNT信号在干细胞领域的进一步支持参与,因为承认相对短程WNT蛋白质在组织自我更新(44]。
5。未来的发展方向
还需要进一步的机械的分子研究来了解气道高反应性的作用调节自我更新响应tissue-resident干细胞利基市场或是否参与气道高反应性通过促进因素的释放干细胞自我更新自己。预计这些调查的结果将干细胞研究的中心气道高反应性代谢及其对老化的影响,再生,癌症干细胞。这些研究可能会对临床应用有直接影响。例如,他们可能会提供一个理由的报道临床改善慢性心力衰竭患者较低的射血分数接受旁路移植+来源于干细胞的移植骨(64年,65年),从不同的组织干细胞的存在和缺乏本土利基似乎支持心脏组织的再生。
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者感谢麦克马斯特米克Bhatia教授干细胞和癌症研究所提供资源产生的一些原始数据所示这个工作。这个出版已经由天主教大学研究的副总裁办公室del秘鲁。