Nature：干细胞关键蛋白Nanog作用新解
University of Edinburgh生命科学学院，干细胞研究院，剑桥大学威尔卡姆干细胞研究信托中心（Wellcome Trust Centre for Stem Cell Research）等处的研究人员发现一种长期以来被认为是维持胚胎干细胞多潜能（pluripotency）和促进分化的必要因子：Nanog蛋白实际上也许并没有这么重要，这一干细胞调控因子的作用转变给干细胞研究领域提出了新的观点，也为进一步胚胎干细胞研究提出了新的课题。这一研究成果公布在最新的Nature杂志上。
有关干细胞的自我更新（Renew）机理，近年来进展十分迅速，三年前大家普遍认为是因为oct3/4和LIF信号通路维持了胚胎干细胞的自我更新。2006年5月发现了一种重要调控因子，即Nanog因子，这种因子被认为一个ES细胞自我更新维持因子，可以独立地在LIF/Stat3因素撤去的情况下支持ES细胞的自我更新。最新科学家将Nanog基因与其他几个基因共同导入皮肤细胞，使之变成干细胞，这些表明Nanog都是重要干细胞自我更新基因。
当时Chambers I等将敲除掉LIF受体基因的ES细胞放入小鼠胚胎成纤维饲养层（mouse embryonic fibroblast feeder， MEF feeder）细胞中培养，发现了很多小的未分化的细胞群。所以除了MEF feeder分泌的因子LIF经过LIF受体（LIFR）作用从而维持ES细胞多潜能性外，肯定存在其他机制维持未分化状态。于是他们从ES细胞和MEF共培养物中制备cDNA文库，将文库cDNA来转染敲除掉LIFR的LRK1细胞并在无细胞因子的培养基内培养，发现有两个池存在形状类似未分化状态的细胞。将其纯化的质粒DNA再次转染LRK1形成了表达Oct4的具有自我更新能力的ES细胞。其cDNA经测序发现是新基因，为纪念凯而特（Celtic）传说中的地名，Tir nan Og，将该基因命名为Nanog。GenBank序列号为AY278951。
领导这一研究的是爱丁堡大学的Ian Chambers博士，他表示，“之前的研究认为Nanog能无限引发分化 （coupled to differentiation）”，“而这一新研究则表明，没有表达Nanog的胚胎干细胞依然可以进行自我更新和分化。”
虽然之前的研究表明早期胚胎在没有Nanog存在的情况下是不能存活的，但是这一蛋白的表达水平至今也还不清楚，Chambers研究小组检测了未分化小鼠胚胎干细胞细胞核中的Nanog的表达水平，结果发现实际上，在未分化的干细胞中这种因子表达的水平是上下波动的。而且研究人员还发现自我更新与Nanog表达并没有关系，因为在Nanog被敲除的细胞中，仍然可以进行自我更新——即使更新率比较低。但是研究人员也认为Nanog依然是一种对于生殖细胞（germ cells）形成的必要因子。
Chambers表示，之前研究人员认为Nanog对于自我更新的调控是一种开-关的形式，但是这一新的观点则认为Nanog更加可能是一种dimmer开关：当Nanog表达增多的时候，自我更新就增多。因此应该有一些其它的蛋白担负起开-关的作用，对自我更新有更强的调控作用。
来自纳布拉斯加大学医学院的Angie Rizzino（未参与此次研究）认为，“这将帮助我们增加对于Nanog在胚胎发生过程中的作用的深入了解”，“但是我有所质疑的是这并没有描述完整个事件”，尤其是，为什么Nanog在早期胚胎发育过程中如此重要，但在自我更新和分化过程中作用就没有那么明显了。
近期干细胞研究取得了主要的进展：来自威斯康星州大学麦迪逊分校的James Thomson研究小组将人类体细胞进行重组变成了胚胎干细胞，在这项研究中，Nanog因子起到了提高克隆存活率的作用，但是对于重组细胞而言是非必需的。因此Chambers研究小组怀疑Nanog能通过抑制其它基因的表达稳定胚胎干细胞。进一步的确认还需要深入的研究。
原始出处:
Nature 450, 1230-1234 (20 December 2007) | doi:10.1038/nature06403; Received 21 September 2007; Accepted 22 October 2007
Nanog safeguards pluripotency and mediates germline development
Ian Chambers1, Jose Silva2,3, Douglas Colby1, Jennifer Nichols2,4, Bianca Nijmeijer1, Morag Robertson1, Jan Vrana1, Ken Jones2,4, Lars Grotewold1 & Austin Smith2,3
- MRC Centre Development in Stem Cell Biology, Institute for Stem Cell Research, School of Biological Sciences, University of Edinburgh, King's Buildings, West Mains Road, Edinburgh EH9 3JQ, UK
- Wellcome Trust Centre for Stem Cell Research,
- Department of Biochemistry, and,
- Department of Physiology, Development and Neuroscience, University of Cambridge, Tennis Court Road, Cambridge CB2 1QR, UK
Correspondence to: Ian Chambers1 Correspondence and requests for materials should be addressed to I.C. (Email: ichambers@ed.ac.uk).
Nanog is a divergent homeodomain protein found in mammalian pluripotent cells and developing germ cells1, 2. Deletion of Nanog causes early embryonic lethality2, whereas constitutive expression enables autonomous self-renewal of embryonic stem cells1. Nanog is accordingly considered a core element of the pluripotent transcriptional network3, 4, 5, 6, 7. However, here we report that Nanog fluctuates in mouse embryonic stem cells. Transient downregulation of Nanog appears to predispose cells towards differentiation but does not mark commitment. By genetic deletion we show that, although they are prone to differentiate, embryonic stem cells can self-renew indefinitely in the permanent absence of Nanog. Expanded Nanog null cells colonize embryonic germ layers and exhibit multilineage differentiation both in fetal and adult chimaeras. Although they are also recruited to the germ line, primordial germ cells lacking Nanog fail to mature on reaching the genital ridge. This defect is rescued by repair of the mutant allele. Thus Nanog is dispensible for expression of somatic pluripotency but is specifically required for formation of germ cells. Nanog therefore acts primarily in construction of inner cell mass and germ cell states rather than in the housekeeping machinery of pluripotency. We surmise that Nanog stabilizes embryonic stem cells in culture by resisting or reversing alternative gene expression states.
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