The benefits of feedback
Just as the difficulty with the all-asymmetric division
model is getting it to do anything other than homeostasis,
the perceived difficulty with the stochastic model has
always been in getting it to achieve homeostasis at all.
Specifically, how could a population of individual, stochastically-acting
cells assure that their rates of renewal and
differentiation are exactly balanced?
Interestingly, this problem has recently been solved, and
the answer is simplicity itself: all that is required is for the
descendants of stem cells to release a substance that
accumulates according to their abundance, and feeds back
to decrease the renewal probability of stem cells (that is,
increase the fraction of stem cell progeny that differentiate).
As the consequence of an engineering principle
known as ‘integral feedback control’, an exact balance of
renewal and differentiation automatically occurs, regardless
of how the feedback substance works, how much of it
is made or how sensitive cells are to it [7].
In fact, research showing that self-maintaining tissues do
release feedback regulators (chalones) goes back to the
1950s, and received a big boost in the 1990s with the
discovery of myostatin and its role as a feedback controller
of muscle growth [8]. Since then, several other chalones
have been identified in various tissues, many of which, like
myostatin, are members of the TGFβ family of growth
factors. Although it was originally thought that chalones
acted by regulating the rates at which cells divide, recent
work in olfactory epithelium [7] and muscle [9] shows that just
as is needed by the stochastic differentiation model they
also decrease the probability that stem and progenitor
cell progeny remain at the stem or progenitor cell stage
(that is, they increase the probability of differentiation).
Thus, the machinery for achieving stem cell-driven tissue
maintenance in the face of stochastic stem cell behaviors is
clearly implemented in at least some tissues.
The jury is still out on whether all self-maintaining tissues
exploit stochastic renewal with feedback or whether some,
do in fact rely on invariant asymmetric stem cell divisions.
A strong prediction of the stochastic model is that even in
the face of homeostasis, every stem cell pedigree has a nonzero
probability of going extinct. By pedigree I refer here to
a stem cell and its (non-stem cell) descendants, all of which
would be doomed to disappear whenever their stem cell
ancestor undergoes symmetric differentiation. In fact,
periodic random extinction (balanced by an equal rate of
pedigree duplication when stem cells undergo symmetric
renewal) provides one of the most plausible explanations
for the extremely high variability commonly seen in the
sizes of stem cell-derived clones in vivo [10,11]. Other
kinds of experimental data also support the occurrence of
pedigree extinction, sometimes also referred to as ‘niche
succession’ (see, for example, [12,13]). The main problem
with such extinctions, in theory at least, is that they make it
easy for pathologically ‘advantaged’ stem cells (for
example, ones that have, through mutation, become faster
-growing or less susceptible to feedback control) to displace
normal ones. The preference for asymmetric division by
stem cells that is observed in many tissues might well have
arisen as a protective mechanism to minimize this effect.
Put another way, the fact that stem cells very often do
divide asymmetrically in no way implies that asymmetric
division is the mechanism of tissue homeostasis. One can
achieve homeostasis through feedback control, and still
expect to see frequent (albeit not obligatory) asymmetric
division, especially in tissues with rapid turnover in which
stem cells must divide many times during the lifetime of
the organism.
The control of stem cell behaviors through feedback
regulation of self-renewal is impressive not only for the
ease and flexibility with which it achieves homeostasis, but
even more so for what it accomplishes under other circumstances:
when tissues are away from equilibrium (that is,
have more or fewer differentiated cells than the level at
which homeostasis would be achieved), the alteration in
feedback causes stem cell populations to either expand or 70.4
http://jbiol.com/content/8/8/70 Lander: Journal of Biology 2009, 8:70
contract exponentially - producing a remarkably rapid
return toward equilibrium [7,14]. This phenomenon explains
many dynamic features of tissue growth and regeneration.
For example, during regeneration it is common to observe
progenitor pools transiently expand and contract, the latter
occurring in concert with the reappearance of differentiated
cells. In developing tissues, expanding and contracting
progenitor pools are also commonly observed, and in at
least one case the self-renewal probabilities of progenitors
have been measured and found to decline continuously as
differentiated cells appear [15]. All these behaviors are
predicted by feedback regulation models [7,14]. Such
models also show how oscillations easily emerge in the
production of differentiated cells (such as are observed in
the hair cycle, and in certain hematopoietic and immune
conditions) [14], and explain why stem cell numbers selfregulate
(for example, why one can introduce large
numbers of additional embryonic stem cells into a mouse
blastocyst yet end up with a normal mouse). Finally,
feedback control provides a general explanation for why
stem cells seem to behave homeostatically only in their
normal in vivo context (an idea, which suggests that a stem
cell’s ‘niche’ may not just be an environment in which it
thrives, but also one in which it can exercise its own
potential for self-control).
ประโยชน์ของความคิดเห็น
แค่เป็นปัญหากับทุกรูปแบบไม่สมมาตรกอง
ก็ต้องเอาไปให้ทำอย่างอื่นเลย นอกจากการรับรู้ปัญหากับสมดุล
,
แบบ Stochastic ได้เสมอในการบรรลุความสมดุลของร่างกายทั้งหมด .
โดยเฉพาะ ทำไมประชากรของแต่ละ stochastically การแสดง
เซลล์รับปากว่า ของพวกเขา อัตราของการต่ออายุและ
ความแตกต่างอยู่ที่สมดุล ?
น่าสนใจ ปัญหานี้ได้รับการแก้ไข และคําตอบคือความเรียบง่ายของตัวเอง
: ทั้งหมดที่เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ
ลูกหลานของเซลล์ต้นกำเนิดที่จะปล่อยสารที่
สะสมตามความอุดมสมบูรณ์ของพวกเขาและป้อนกลับ
เพื่อลดความน่าจะเป็นของการสเต็มเซลล์ ( คือ
เพิ่มส่วนของลำต้น เซลล์ที่แยกความแตกต่าง
ลูกหลาน )เป็นผลจากการวิศวกรรมหลักการ
ที่เรียกว่า ' ควบคุม ' ความคิดเห็นหนึ่งแน่นอน และความสมดุลของการต่ออายุโดยอัตโนมัติ
ว่าเกิดขึ้น ไม่ว่าความคิดเห็นสารผล มันเท่าไหร่
า หรือ ว่า เซลล์ไวจะได้ [ 7 ] .
ในความเป็นจริง การวิจัยแสดงให้เห็นว่าการรักษาเนื้อเยื่อของตนเอง ทำ
ปล่อยควบคุมความคิดเห็น ( chalones ) กลับไป
1950และได้รับการเพิ่มขนาดใหญ่ในยุค 90 ด้วย
ค้นพบ myostatin และบทบาทในฐานะของตัวควบคุมแบบป้อนกลับ
เจริญเติบโตของกล้ามเนื้อ [ 8 ] หลังจากนั้นอีกหลาย chalones
ได้รับการระบุในเนื้อเยื่อต่าง ๆ มากมาย ซึ่งหลายๆอย่าง
myostatin , สมาชิกของครอบครัว tgf บีตาของปัจจัยการเจริญเติบโต
ถึงแม้ว่าแต่เดิมคิดว่า chalones
ทำโดยการควบคุมอัตราที่เซลล์แบ่งล่าสุด
,ทำงานในกล้ามเนื้อและเยื่อบุจมูก [ 7 ] [ 9 ] แสดงว่าเป็นแค่
เป็น โดยรูปแบบการสุ่ม พวกเขายังลดความน่าจะเป็นที่ต้น
เซลล์บรรพบุรุษและลูกหลานอยู่ในลำต้นหรือเวทีเซลล์บรรพบุรุษ
( ที่พวกเขาเพิ่มความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนแปลง
ดังนั้นเครื่องจักรสำหรับ รับเซลล์ต้นกำเนิดเนื้อเยื่อ
ขับเคลื่อนการบำรุงรักษาในใบหน้าของ Stochastic สเต็มเซลล์พฤติกรรมคือ
อย่างชัดเจนอย่างน้อยบางส่วนดำเนินการในเนื้อเยื่อ .
คณะลูกขุนยังคงออกว่าทั้งหมดที่ตนเองรักษาเนื้อเยื่อ
ใช้ Stochastic ต่ออายุมีความคิดเห็นหรือบาง
ในความเป็นจริงพึ่งพาความสมมาตรเซลล์ต้นกำเนิดแผนก .
การทำนายแบบ Stochastic ที่แข็งแกร่งของด้วยซ้ำ ในหน้าของ homeostasis
,ทุกเซลล์ต้นพันธุ์มีความน่าจะเป็น 0
จะสูญพันธุ์ โดยสายเลือดผมดูที่นี่
เป็นเซลล์ต้นกำเนิดและการ ( ที่ไม่ใช่เซลล์ต้นกำเนิด ) ลูกหลาน ซึ่งทั้งหมดจะหายไปเมื่อถึงวาระ
บรรพบุรุษของเซลล์ต้นกำเนิดของการสมมาตร . ในความเป็นจริง การสุ่มธาตุ ( สมดุลด้วย
เท่ากับอัตราการทำซ้ำเมื่อสายเลือดสเต็มเซลล์ผ่านสมมาตร
ต่ออายุให้หนึ่งในคำอธิบายที่น่าเชื่อถือที่สุด
สำหรับสูงมาก ซึ่งมักพบใน
ขนาดต้น cell-derived โคลนในร่างกาย [ 10,11 ] ชนิดอื่น ๆของข้อมูลการทดลองที่ยังสนับสนุน
สายเลือดเกิดการสูญพันธุ์ บางครั้งยังเรียกว่า ' ' ( ดูจากโพรง
, ตัวอย่างเช่น [ 12 , 13 ‘ ] ) ปัญหา
หลักด้วยเช่นการสูญพันธุ์อย่างน้อยในทางทฤษฎีคือ ว่า พวกเขาทำให้มันง่ายสำหรับประมาณนั้นแหละ
' มี ' สเต็มเซลล์ (
ตัวอย่าง ที่ได้ผ่านการศึกษามาเร็ว
- การเติบโตหรือน้อยไวต่อความคิดเห็น Control ) เพื่อแทนที่
คนปกติ . การตั้งค่าสำหรับการแบ่งโดย
สเต็มเซลล์ที่พบในเนื้อเยื่อหลายอาจจะดีได้
เกิดเป็นกลไกป้องกันเพื่อลดผลกระทบนี้ .
อีกวิธีหนึ่งในการใส่ความจริงที่ว่าสเต็มเซลล์มากมักจะทำ
แบ่ง asymmetrically ไม่ได้หมายความว่าไม่สมมาตร
กองเป็นกลไกของการรักษาสมดุลของร่างกาย เนื้อเยื่อ หนึ่งสามารถบรรลุสมดุล
ผ่านการควบคุมย้อนกลับและยังคง
คาดหวังที่จะเห็นบ่อย ( แต่ไม่บังคับ ) ส่วนอสมมาตร
, โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเนื้อเยื่อที่มีการหมุนเวียนอย่างรวดเร็วซึ่ง
สเต็มเซลล์ต้องแบ่งหลายครั้งในช่วงชีวิตของสิ่งมีชีวิต
.การควบคุมพฤติกรรมของเซลล์ต้นผ่านความคิดเห็น
ระเบียบของตนเองต่ออายุเป็นที่น่าประทับใจไม่เพียง แต่เพื่อความสะดวกและความยืดหยุ่น ซึ่งมัน
ใช้สมดุล แต่มากขึ้นดังนั้นสิ่งที่มันประสบความสำเร็จในสถานการณ์อื่น ๆ :
เมื่อเนื้อเยื่ออยู่ห่างจากสมดุล ( คือมีมากกว่าหรือน้อยกว่าที่แตกต่าง
เซลล์กว่าระดับที่ ที่เกี่ยวข้องจะได้รับการเปลี่ยนแปลงใน
)ความคิดเห็นที่ทำให้ประชากรเซลล์ต้นกำเนิดเพื่อขยายหรือ 70.4
http://jbiol.com/content/8/8/70 Lander : วารสารชีววิทยา 2552 8:70
สัญญาชี้แจง - การผลิตบนอย่างรวดเร็ว
ผลตอบแทนต่อสมดุล [ 7,14 ] ปรากฏการณ์นี้อธิบาย
หลายแบบไดนามิกคุณลักษณะของการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อและการฟื้นฟู .
ตัวอย่างเช่นในระหว่างการฟื้นฟูโดยทั่วไปสังเกต
แหล่งกำเนิดประเภทบุคคลหรือสิ่งที่อยู่ชั่วคราวขยายและสัญญาหลัง
เกิดขึ้นในคอนเสิร์ตกับการกลับมาของความแตกต่าง
เซลล์ ในการพัฒนาเนื้อเยื่อขยายและสัญญา
ต้นตระกูลสระยังมักสังเกตได้ และในกรณีที่
อย่างน้อยหนึ่งน่าจะเป็นตนเองต่ออายุของตั้งต้น
วัดได้และพบว่าลดลงอย่างต่อเนื่อง
แตกต่างเซลล์ปรากฏ [ 15 ]พฤติกรรมเหล่านี้
ทำนายโดยข้อเสนอแนะระเบียบรุ่น [ 7,14 ] รุ่นดังกล่าวยังแสดงให้เห็นว่าการสั่นได้อย่างง่ายดาย
โผล่ในการผลิตเซลล์ที่แตกต่าง ( เช่นจะสังเกต
รอบผมและในบางวิธีและภูมิคุ้มกัน
เงื่อนไข ) [ 14 ] และอธิบายว่าทำไมสเต็มเซลล์ตัวเลข selfregulate
( ตัวอย่างเช่น ทำไมหนึ่งสามารถแนะนำขนาดใหญ่
ตัวเลขเพิ่มเติมสเต็มเซลล์ร่างกายในเมาส์
ตัวอ่อนยังจบลงด้วยเมาส์ธรรมดา ) ในที่สุด
ควบคุมป้อนกลับมีคำอธิบายทั่วไป ทำไม
สเต็มเซลล์ ดูเหมือนจะทำตัว homeostatically เท่านั้นใน
ปกติในบริบท vivo ( ความคิด ซึ่งบ่งบอกว่าต้น
Cell ' เฉพาะ ' อาจจะไม่ใช่แค่สภาพแวดล้อมที่
งอกงาม แต่ยังเป็นหนึ่งที่สามารถออกกำลังกายของตัวเอง
ศักยภาพ
เอาใจ )
การแปล กรุณารอสักครู่..
