在哺乳动物细胞中,线粒体是唯一细胞器包含除了细胞核DNA。线粒体DNA (mtDNA)由37个基因的13个编码蛋白质和其他编码RNA分子参与这些蛋白质的翻译。尽管mtDNA蛋白质编码的数量是非常小的,由核DNA编码相比,mtDNA和线粒体是细胞功能的正常运行至关重要。除了主要功能通过氧化磷酸化产生ATP,线粒体发挥几个额外的重要角色的文章说明了这个特殊的问题。因为线粒体功能和属性变化根据细胞类型,更好的理解线粒体属性是相当大的兴趣尤其对于干细胞可用于细胞疗法或再生医学。因为许多干细胞类型主要依靠糖酵解代谢而不是氧化磷酸化对能源生产,他们长久以来都被认为是几乎独立于线粒体的功能。然而,最新进展表明,适当的线粒体功能干细胞维持自我更新和分化能力至关重要。
这个特殊的问题总结了最近发现的重要作用在干细胞线粒体。它包括选择评论和原创文章讨论线粒体的作用和性质在干细胞不仅从基础科学的角度也从治疗的角度。
当使用干细胞进行细胞疗法,他们的异质性可能代表一个挑战。一个源细胞异质性是线粒体和特区森林了,不同的亚种的单个细胞内线粒体可以存在。人们认为这种线粒体多样性和异质性是应对细胞代谢的需求,但潜在的机制尚未完全清楚。以来各种有特定的代谢需求和特殊细胞线粒体属性,d . c .伍兹表明,干细胞可以作为一个有用的模型,阐明线粒体分化的现象和机制导致线粒体多样性和异质性。
j·g·李等人关注多能干细胞和精确的线粒体代谢产物维持多能性所扮演的角色。作者讨论线粒体在染色质的表观遗传修饰的作用,强调过氧化氢的影响,一个重要的副产品线粒体呼吸。在高浓度过氧化氢可以通过低氧诱导因子刺激多能干细胞的增值α(HIFα)信号,但是这个过程是依赖于生理上的氧气水平。氧气因此被认为是一个关键的影响因素多能干细胞的新陈代谢和行为,甚至被提议作为选择性的因素。
专业的线粒体体细胞与多能干细胞的很大的不同。因此,当体细胞重编程到多能性状态,通过线粒体分裂和mitophagy线粒体进行重构。几项研究表明,这些过程是非常参与核重编程。j .普列托和j·托雷斯回顾这些研究结果在正常细胞和它们与人类恶性肿瘤的发展有关。
有趣的是,线粒体可以在细胞间转移。这一现象的机制及其潜在的治疗应用在两篇文章综述了>。Vignais等人,a . Caicedo et al。线粒体转移有几个生理功能。它主要是在救援行动与健康细胞线粒体受损的捐款。此外,最近的数据表明,线粒体还参与线粒体退化转移通过transcellular mitophagy。因此,它是至关重要的维持线粒体在多细胞生物体内平衡机制。自然通过细胞内线粒体转移可能发生连接隧道等纳米管或分泌细胞的身体在微泡的情况下。人工线粒体转移还涉及其他机制,如注入受体细胞的线粒体,线粒体的coincubation受体细胞,或使用不同的化合物。干细胞治疗、人工线粒体转移提出了线粒体视网膜病变的治疗,肌肉骨骼症状,和其他线粒体疾病。然而,由于含有线粒体DNA,这种治疗方法提高道德和法律问题,之前需要解决的技术一般使用。
d . Yu等人研究了mtDNA的甲基化在人类胎儿心脏间充质干细胞(msc)在衰老的过程中引起的慢性暴露于氧化应激和低血清环境。作者首次确定了特定区域的mtDNA hypomethylated衰老。更准确地说,COX1,编码的细胞色素c氧化酶亚基复杂,主要的酶参与线粒体氧化磷酸化,是hypomethylated因此调节。COX1 upregulation也由可拆卸的甲基转移酶DNMT1,种能阻碍DNMT3b DNMT3a,。然而,COX1 upregulation的衰老的确切作用还有待阐明。作者建议,具体的hypomethylation mtDNA区域可以作为生物标志物的msc的衰老。
总之,这个特殊的问题提供了一个概述的主要发现有关的属性和线粒体的生理角色干细胞。这些结果应该导致新的科学见解线粒体功能的背景下,在未来潜在的治疗应用。
马丁Stimpfel
Riikka h . Hamalainen
帕斯卡May-Panloup