成體干細胞通過與微環(huán)境相互作用精確地控制自身的維持和分化。然而人們卻很少知道來自微環(huán)境的信號是如何動態(tài)和差異地在干細胞及其分化子細胞中傳導并發(fā)揮作用，進而導致干細胞的不對稱分裂。

動物研究所陳大華實驗室和陶毅實驗室利用果蠅生殖干細胞作為研究對象，對發(fā)育生物學中這一基本科學問題進行了有意義的探討并取得了重要進展。他們發(fā)現促分化蛋白Fused在分化子細胞（CB）中高表達而在干細胞（GSC）中低表達。進一步的分析發(fā)現Fused的表達依賴微環(huán)境中BMP信號通路的強度。BMP受體Tkv與Fused的相互拮抗作用產生了一個陡峭的BMP濃度梯度，從而決定了干細胞及其分化子細胞自我更新和分化的不同命運。有趣的是，作者們發(fā)現BMP活性梯度與Fused介導的拮抗BMP活性梯度以雙穩(wěn)形式在分化前體細胞pre-CB業(yè)已形成，由此動態(tài)地控制著分化主基因bam的表達水平在GSC與CB之間轉換。分子系統(tǒng)動力學的研究進一步揭示了決定GSC命運的反饋調控機制的雙穩(wěn)態(tài)結構。分子生物學的證據清楚地表明在干細胞分化過程中雙穩(wěn)態(tài)結構的形成主要依賴于依賴外源BMP信號的強度。

這些結果對于理解微環(huán)境信號控制干細胞不對稱分裂及內源BMP響應梯度的物理機制有著重要意義，并可以對干細胞的行為進行預測。果蠅生殖干細胞不對稱分裂的雙穩(wěn)態(tài)模型極可能推廣到多數的干細胞系統(tǒng)（包括哺乳動物的成體干細胞），對未來相關領域的研究具有指導意義。這一工作在2月23日的Current Biology在線發(fā)表。