信号通路的发现可能使人类干细胞分化更快 更可靠

德克萨斯农工大学化学工程教授GregoryReeves博士领导了这项发现，发现了高度保守的骨形态发生蛋白(BMP)信号通路，该通路在所有动物中发挥作用，并且可以根据情况实现多种结果。

“通过这项研究，我们开始制定如何改变细胞(如成人人类干细胞)的路线图，”里夫斯说。“它们分化得更快、更可靠，这将推动干细胞治疗潜力的进步。”

Reeves和他的团队观察到了细胞信号通路如何在不同组织和环境中推动细胞决策。BMP通路等信号通路在这些细胞反应中发挥着重要作用。

“细胞绝对是一个复杂的系统，”里夫斯说。“所以我们在细胞中发现工程原理并不奇怪。我认为，随着我们对生物学的研究越来越多，我们会发现生物系统充满了工程原理，我对研究这些工程原理是如何存在的非常感兴趣。”

里夫斯在《npj系统生物学与应用》杂志上最近发表的文章进一步探讨了这个细胞信号通路。

本文研究了BMP通路如何平衡三个系统级行为或性能目标(PO)之间的权衡：速度、噪声消除和充当线性传感器的能力。

“在苍蝇胚胎中，当信号通路变得活跃时，它的反应非常快，但如果你在其他情况下观察相同的信号通路，比如在人类干细胞中，它需要更长的时间，但这可能让它更有能力过滤噪音，”里夫斯说。“我们正在研究的问题是，同样的通路，同样的分子，是如何产生不同的反应的。”

研究小组的研究结果表明，改变细胞内BMP信号蛋白的浓度可使该通路实现PO的多样化平衡。

然而，由于BMP通路在所有动物的生命周期中反复使用，尽管通路连接几乎保持不变，但其系统级行为在不同环境下会有所不同。

“不同的系统强调不同的权衡，”Reeves说。“尽管所有细胞中的通路都相同，但信号蛋白的浓度在各个细胞中是不同的。因此，在苍蝇胚胎中，信号蛋白的水平可能很高，这会使系统运行得更快;而在人类细胞中，信号蛋白的水平可能很低，这会使系统运行得更慢，但噪音更小。”

研究表明，由于PO之间的竞争，该途径不能同时优化这三个，而必须在PO之间做出权衡。

有了这些知识，该团队应用多目标优化来确定各种需求之间的最佳权衡，并发现BMP通路可以有效地平衡不同物种之间相互竞争的PO。

“我们可以对其进行调整，让它速度更快一些，噪音更小一些，但我们需要牺牲线性传感器的优点，”里夫斯说。