肌肉正常生长的关键

当一块肌肉生长时，因为它的主人还在生长或者已经开始有规律地锻炼，这块肌肉中的一些干细胞就会发育成新的肌肉细胞。当受伤的肌肉开始愈合时也会发生同样的事情。然而，与此同时，肌肉干细胞必须产生更多的干细胞。因为它们的供给很快就会耗尽。这就需要参与肌肉生长的细胞相互交流。

肌肉生长受Notch信号通路调控

两年前，由位于柏林的Helmholtz协会(MDC) Max Delbrück分子医学中心的发育生物学/信号转导实验室负责人Carmen Birchmeier教授领导的研究团队发现了茎的发育细胞成肌肉细胞在两种蛋白质的帮助下被调节，Hes1和MyoD，这是在祖细胞以振荡的方式——即。，产生的细胞数量有周期性的波动。

这两种蛋白都参与Notch信号通路，这是一种广泛存在的细胞对外界刺激做出反应并与其他细胞交流的机制。该信号通路以其受体“Notch”命名，细胞表面蛋白配体“Delta”附着在其上。

第三种蛋白质Delta-like1起着关键作用

“在我们目前的研究中，我们提供了明确的证据，肌肉组织的振荡不仅仅是一些涉及细胞的奇怪现象，而是这些节律性的波动。基因表达实际上是将干细胞以平衡和可控的方式转化为肌肉细胞的关键，”Birchmeier说。

与来自日本和法国的研究人员一起，Birchmeier和MDC的其他四位科学家还发现了第三种蛋白质的关键作用，它与Hes1和MyoD一起，在细胞内形成了一个动态的网络。正如该团队在杂志上报道的那样自然通讯，这种蛋白质是凹口配体Delta-like1，或Dll1短。“它是激活的肌肉干细胞以一种周期性的波动方式，振荡周期持续两到三个小时，”Birchmeier解释道，并补充道:“每当一部分干细胞表达更多的Dll1时，其他细胞的数量就相应减少。这种有节奏的信号决定了干细胞是长成新的干细胞还是长成肌肉细胞。”

Hes1蛋白决定了干细胞的发展速度

Birchmeier和她的团队用分离的干细胞、单独的肌肉纤维和老鼠做实验，进一步研究了Hes1和MyoD蛋白是如何参与肌肉生长的。“简单地说，Hes1起到了振荡起搏器的作用，而MyoD则增加了Dll1的表达，”伊内斯·拉赫曼博士(Ines Lahmann)说。她是Birchmeier实验室的科学家，与来自同一团队的张姚(Yao Zhang)一起担任该研究的主要作者。“这些发现不仅体现在我们的实验分析中，也体现在MDC的Jana Wolf教授和Katharina Baum博士创建的数学模型中，”Birchmeier说。

用突变老鼠做的实验提供了决定性的证据

在基因改性小鼠的帮助下，研究人员获得了最重要的证据，即DLL1振荡在调节干细胞转化为肌细胞中的关键作用。“在这些动物中，DLL1基因中的特异性突变导致生产蛋白质会延迟几分钟，”Birchmeier解释道。“这扰乱了细胞群落中Dll1的振荡产生，但没有改变配体的总量。”

“尽管如此，这种突变对干细胞有严重的后果，促使它们过早分化为肌肉细胞张说，他完成了大部分的实验。他说，结果干细胞很快就被耗尽了，导致老鼠后腿受伤的肌肉再生不良，而且比受伤前还小。“很明显，这种微小的基因变化会破坏干细胞之间成功的通讯——以振荡的形式，”张说。

这一知识可能有助于更好地治疗肌肉疾病

“只有当DLL1以振荡方式绑定到缺口受体时，因此定期发起信号级联干细胞在细胞中的自我更新和分化之间存在良好的均衡，“Birchmeier的结论。MDC研究人员希望更好地了解肌肉再生和增长可能有一天有助于为肌肉损伤和疾病创造更有效的治疗方法。

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