我们都从一堆相同的细胞开始。当这些细胞分裂和繁殖时，它们逐渐呈现不同的特性，并获得形成例如肌肉组织、骨骼或神经所必需的特征。洛克菲勒科学家最近的一项研究为这些细胞身份在发育过程中如何培养提供了新的见解。

根据发表在eLife上的研究，细胞保留了它们所接触到的化学信号的记忆。此外，研究人员表明，未能形成这些记忆的胚胎仍然是集群克隆，永远不会意识到它们独特的生物潜力。

激活胚胎

25年前，阿里h布里万卢(Ali H. Brivanlou)证明了蛋白质激活蛋白导致胚胎青蛙细胞具有某些组织类型特有的特征，这一过程称为分化。几十年来，人们一直认为激活素可以促进同质细胞群向特化细胞的转化。

罗宾哈里特海尔布隆的布里万卢教授说，“激活蛋白是分子的教科书定义，是分化的必要和充分条件。”“研究人员已经证明，蛋白质的剂量决定了细胞的命运。比如剂量很大的时候，会得到肠道和肌肉；而且在很低的剂量下，你就会得到神经组织。”

虽然动物研究已经提供了足够的证据，但激活素如何指导人类细胞的发育仍然存在疑问。Viola Ward Brinning教授和Elbert Calhoun Brinning教授、Anna Yoney研究员与Brivanlou和Eric D. Siggia合作，开始研究蛋白质是否可以诱导实验室生产的人类胚胎分化。这些胚胎是由干细胞发育而来，模仿了人类细胞在发育早期的行为。

研究人员预计这些合成胚胎会像Brivanlou的青蛙一样做出反应。然而，在将激活素应用于这些细胞后，他们没有观察到它。

“安娜把激活素放在胚胎上，我们等——等啊等。绝对什么都没发生！这令人震惊，”布里万卢说。

难忘的分子

约尼没有被吓倒，她考虑了对自己结果的一种可能解释。“我想，嗯，我们没有得到Activin的回应，”她回忆道。"我们需要哪些额外的信号来观察差异化？"

她最终回到了WNT，一种在发育过程中调节细胞运动的分子。在她的下一个实验中，她在加入激活素之前将细胞暴露于WNT；这一次，它们以正常的方式进行区分。

Brivanlou说，“看到WNT细胞对激活素有全面的反应——就像我们在青蛙和其他动物身上看到的一样。”“但是没有看到WNT的细胞完全没有反应，就好像激活素根本不存在一样。”

研究人员得出结论，WNT和激活素信号是分化所必需的。然而，至关重要的是，他们表明细胞不需要同时接触这两种化学物质。

“我们在激活素治疗阶段阻断了WNT信号，发现细胞仍在分化，”Yoney说。"所以我们得出结论，细胞实际上记得他们以前接触过WNT . "

研究人员认为这种现象是“信号记忆”，因为WNT似乎永久性地改变了经过它的细胞。早期的研究未能找到胚胎记忆的证据，因为Brivanlou说大多数发育生物学家使用动物细胞。

“在动物模型系统中，细胞在像我这样的人操纵它们之前会遇到一系列信号。但是安娜的人造胚胎来自干细胞，没有这种暴露——这使它们成为发现他人角色的完美工具。信号，”他说。"就像模型系统一样漂亮，有时它们会让你错过任何东西."

研究人员希望进一步探索细胞记忆的存储方式和位置。Yoney怀疑它们是作为表观基因组的修饰记录在细胞核中的，表观基因组控制细胞读出DNA的方式。该领域的其他研究可能对理解人类和其他物种的发展具有重要意义。