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腾讯登录Cell：发现控制干细胞不对称分裂的双稳态开关
| 导读 | <p align="center"><img src="http://www.bioon.com/biology/UploadFiles/201209/2012090408441592.jpg" alt="" width="300" height="378" border=&quo... |
<p align="center"><img src="http://www.bioon.com/biology/UploadFiles/201209/2012090408441592.jpg" alt="" width="300" height="378" border="0" /></p>
有机体为了生长和发育，它们必须产生具有不同功能的组织，其中每种组织是由相似的细胞组成的。这些不同的组织都是由干细胞产生的。干细胞如何通过不对称分裂来产生新的细胞类型，对有机体的整体发育而言，明显是至关重要的。在植物中，它们的细胞不能迁移，因此干细胞不称作分裂发生的位置想必也是比较重要的，以便确保组织在正确的地方发育。
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在一项发表于《细胞》期刊上的研究中，荷兰乌德勒支大学研究员Stan Marée博士领导的一个研究小组揭示一种分子开关将信号整合在一起以便确保这些不对称分裂在正确的时间和正确的地方发生，从而在植物根部产生特定的组织。
Stan Marée博士说，“通过实验建模，我们揭示在拟南芥根部，干细胞如何调节不对称细胞分裂以便产生在正确位置产生两个新的子细胞。我们详细分析了在每种细胞内运作的分子电路(molecular circuit)，结果发现由于存在涉及蛋白SHR、SCR以及细胞周期相关蛋白RBR和CYCLD6;1的两种正反馈回路，它代表这一种高度强健的双稳态行为。换言之，我们证实这种电路就像一种开关那样发挥作用。”
在需要进行严格控制的自然中，人们发现双稳态系统有两种状态，但是只能以一种状态存在。正反馈回路是它们的常见性特征，这是因为它们有助于这种开关从一种状态快速转换到另一种状态。
在鉴定出这种开关之后，接下来就是确定植物如何开启和关闭它，因此只有正确的干细胞进行不对称分裂，并且在正确的位置促进植物的整体发育。
为此，Stan Marée博士和Verônica Grieneisen博士一起构建出一种数学模型，即在计算机中模拟植物根部和控制这种开关的分子电路。
不对称分裂发生的物理位置依赖于植物激素生长素和蛋白SHR之间的相互作用。Grieneisen博士以前的研究已证实生长素如何通过一种回流循环机制(reflux-loop mechanism)---是由细胞中的生长素运出载体(efflux carrier)通过极性定位而建立起来的---在根尖积累，而且还证实生长素的浓度在远离根尖的地方下降，从而建立一种具有干细胞最高峰值的梯度。SHR蛋白也建立起一种类似的梯度，这种梯度向外辐射而出，并且垂直于生长素梯度。
Grieneisen博士说，“我们发现经历这些特殊细胞分裂的细胞正好位于这两种梯度的交叉路口。”这些细胞分裂也触发蛋白降解，从而再次关闭这种开关。这是阻止不受控制发育所必需的。
Grieneisen博士说，“我们在根部空间环境中发现的基于分子和基因相互作用和的机制非常类似于电子学中的双稳态电路。”
双稳态电路提供一种强大的方法来将信号整合到在两种确定的状态之间转换的开关之中，而且在其他重要的细胞过程中，类似的分子电路也是可能存在的。
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<img src="http://www.bioon.com/biology/UploadFiles/201209/2012090408433291.gif" alt="" width="113" height="149" border="0" />
<a title="" href="http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2012.07.017" target="_blank">doi: 10.1016/j.cell.2012.07.017</a>
PMC:
PMID:
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<br/><strong>A Bistable Circuit Involving SCARECROW-RETINOBLASTOMA Integrates Cues to Inform Asymmetric Stem Cell Division</strong><br/>
Alfredo Cruz-Ramírez, Sara Díaz-Triviño, Ikram Blilou, Verônica A. Grieneisen, Rosangela Sozzani, Christos Zamioudis, Pál Miskolczi, Jeroen Nieuwland, René Benjamins, Pankaj Dhonukshe, Juan Caballero-Pérez, Beatrix Horvath, Yuchen Long, Ari Pekka Mähönen, Hongtao Zhang, Jian Xu, James A.H. Murray, Philip N. Benfey, Laszlo Bako, Athanasius F.M. Marée, Ben Scheres
In plants, where cells cannot migrate, asymmetric cell divisions (ACDs) must be confined to the appropriate spatial context. We investigate tissue-generating asymmetric divisions in a stem cell daughter within the Arabidopsis root. Spatial restriction of these divisions requires physical binding of the stem cell regulator SCARECROW (SCR) by the RETINOBLASTOMA-RELATED (RBR) protein. In the stem cell niche, SCR activity is counteracted by phosphorylation of RBR through a cyclinD6;1-CDK complex. This cyclin is itself under transcriptional control of SCR and its partner SHORT ROOT (SHR), creating a robust bistable circuit with either high or low SHR-SCR complex activity. Auxin biases this circuit by promoting CYCD6;1 transcription. Mathematical modeling shows that ACDs are only switched on after integration of radial and longitudinal information, determined by SHR and auxin distribution, respectively. Coupling of cell-cycle progression to protein degradation resets the circuit, resulting in a “flip flop” that constrains asymmetric cell division to the stem cell region.
<br/>来源：生物谷
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有机体为了生长和发育，它们必须产生具有不同功能的组织，其中每种组织是由相似的细胞组成的。这些不同的组织都是由干细胞产生的。干细胞如何通过不对称分裂来产生新的细胞类型，对有机体的整体发育而言，明显是至关重要的。在植物中，它们的细胞不能迁移，因此干细胞不称作分裂发生的位置想必也是比较重要的，以便确保组织在正确的地方发育。
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在一项发表于《细胞》期刊上的研究中，荷兰乌德勒支大学研究员Stan Marée博士领导的一个研究小组揭示一种分子开关将信号整合在一起以便确保这些不对称分裂在正确的时间和正确的地方发生，从而在植物根部产生特定的组织。
Stan Marée博士说，“通过实验建模，我们揭示在拟南芥根部，干细胞如何调节不对称细胞分裂以便产生在正确位置产生两个新的子细胞。我们详细分析了在每种细胞内运作的分子电路(molecular circuit)，结果发现由于存在涉及蛋白SHR、SCR以及细胞周期相关蛋白RBR和CYCLD6;1的两种正反馈回路，它代表这一种高度强健的双稳态行为。换言之，我们证实这种电路就像一种开关那样发挥作用。”
在需要进行严格控制的自然中，人们发现双稳态系统有两种状态，但是只能以一种状态存在。正反馈回路是它们的常见性特征，这是因为它们有助于这种开关从一种状态快速转换到另一种状态。
在鉴定出这种开关之后，接下来就是确定植物如何开启和关闭它，因此只有正确的干细胞进行不对称分裂，并且在正确的位置促进植物的整体发育。
为此，Stan Marée博士和Verônica Grieneisen博士一起构建出一种数学模型，即在计算机中模拟植物根部和控制这种开关的分子电路。
不对称分裂发生的物理位置依赖于植物激素生长素和蛋白SHR之间的相互作用。Grieneisen博士以前的研究已证实生长素如何通过一种回流循环机制(reflux-loop mechanism)---是由细胞中的生长素运出载体(efflux carrier)通过极性定位而建立起来的---在根尖积累，而且还证实生长素的浓度在远离根尖的地方下降，从而建立一种具有干细胞最高峰值的梯度。SHR蛋白也建立起一种类似的梯度，这种梯度向外辐射而出，并且垂直于生长素梯度。
Grieneisen博士说，“我们发现经历这些特殊细胞分裂的细胞正好位于这两种梯度的交叉路口。”这些细胞分裂也触发蛋白降解，从而再次关闭这种开关。这是阻止不受控制发育所必需的。
Grieneisen博士说，“我们在根部空间环境中发现的基于分子和基因相互作用和的机制非常类似于电子学中的双稳态电路。”
双稳态电路提供一种强大的方法来将信号整合到在两种确定的状态之间转换的开关之中，而且在其他重要的细胞过程中，类似的分子电路也是可能存在的。
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<a title="" href="http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2012.07.017" target="_blank">doi: 10.1016/j.cell.2012.07.017</a>
PMC:
PMID:
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<br/><strong>A Bistable Circuit Involving SCARECROW-RETINOBLASTOMA Integrates Cues to Inform Asymmetric Stem Cell Division</strong><br/>
Alfredo Cruz-Ramírez, Sara Díaz-Triviño, Ikram Blilou, Verônica A. Grieneisen, Rosangela Sozzani, Christos Zamioudis, Pál Miskolczi, Jeroen Nieuwland, René Benjamins, Pankaj Dhonukshe, Juan Caballero-Pérez, Beatrix Horvath, Yuchen Long, Ari Pekka Mähönen, Hongtao Zhang, Jian Xu, James A.H. Murray, Philip N. Benfey, Laszlo Bako, Athanasius F.M. Marée, Ben Scheres
In plants, where cells cannot migrate, asymmetric cell divisions (ACDs) must be confined to the appropriate spatial context. We investigate tissue-generating asymmetric divisions in a stem cell daughter within the Arabidopsis root. Spatial restriction of these divisions requires physical binding of the stem cell regulator SCARECROW (SCR) by the RETINOBLASTOMA-RELATED (RBR) protein. In the stem cell niche, SCR activity is counteracted by phosphorylation of RBR through a cyclinD6;1-CDK complex. This cyclin is itself under transcriptional control of SCR and its partner SHORT ROOT (SHR), creating a robust bistable circuit with either high or low SHR-SCR complex activity. Auxin biases this circuit by promoting CYCD6;1 transcription. Mathematical modeling shows that ACDs are only switched on after integration of radial and longitudinal information, determined by SHR and auxin distribution, respectively. Coupling of cell-cycle progression to protein degradation resets the circuit, resulting in a “flip flop” that constrains asymmetric cell division to the stem cell region.
<br/>来源：生物谷
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