《Science》子刊:哈佛首揭軟骨分化關鍵因子GATA3 盼成軟骨再生新招!

日期2022-12-06
《Science》子刊:哈佛首揭軟骨分化關鍵因子GATA3 盼成軟骨再生新招! (圖片來源:網路)

近日(11月30日),美國哈佛牙醫學院福塞斯研究中心(Forsyth Institute)的研究人員,發現骨質幹細胞在分化為軟骨或硬骨細胞時,位於Wnt訊號通路下游的轉錄因子「GATA3」為關鍵,單調控該因子,就能讓幹細胞順利分化成軟骨細胞,未來可望成為臨床上軟骨再生的新策略。該研究發表於期刊《Science Advances》。

該團隊為清楚了解如何控制細胞分化,使其在進行軟骨再生時,能確實分化為軟骨細胞而非硬骨細胞,因此針對相關化學訊號通路進行研究。

過去科學家認為,Wnt這項細胞內化學訊號通路,是決定細胞分化為軟骨或硬骨細胞的關鍵,而由於其中介導訊號的β-連環蛋白(β-catenin)被破壞時,硬骨細胞可變為軟骨細胞,因此β-catenin被認為是Wnt訊號通路的關鍵之一。此外,β-catenin除了傳導訊號外,也具有細胞黏附分子的功能,可促進細胞間相互作用。

雖知道β-catenin對細胞分化有很大的影響,但其詳細機制仍有許多未知處。

因此,該團隊先測試當β-catenin訊號傳導僅部分受損時的情況,發現不論是硬骨或軟骨,此時細胞都無法順利形成。經一連串實驗,該團隊也確定Wnt訊號是骨質形成的決定因素,但並非軟骨形成的決定因素。

研究團隊因而進一步從基因體學角度,檢視了該訊號通路下游的其他分子,結果發現,下游的轉錄因子GATA3,對β-catenin在骨骼細胞訊號傳遞的作用上,有著重大影響。GATA3為一項單基因的調節因子,可開啟表現細胞中的軟骨特異性基因。

研究人員表示,經由基因表現分析(gene expression profiling)和生物資訊相關分析,進一步確定GATA3會介導β-catenin對骨骼細胞分化的訊號傳導;單靠調控GATA3,就能促進軟骨再生。

能以此種方式控制細胞命運(cell fate),未來有望讓幹細胞能順利分化為硬骨、軟骨或脂肪細胞,這對於患有軟骨損傷和軟骨退化的患者治療有龐大的意義。

領導該研究的哈佛發育生物學華裔教授Wei Hsu表示,本次發現GATA3可謂「遊戲規則改變者」(game changer),其甚至具有能調控任何體細胞轉為軟骨形成細胞(cartilage-forming cell)的潛力。

參考資料:

1.論文原文:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add6172

2.https://www.news-medical.net/news/20221130/Study-suggests-new-strategies-for-making-cartilage-cells.aspx

(編譯/巫芝岳)