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诱导多能干细胞重编程的方法:一个供体细胞的两种细胞重编程方法

标签:诱导多能干细胞重编程的方法

在发现诱导多能干细胞(iPSC)仅仅六年之后的2012年,山中伸弥(Shinya Yamanaka)被授予诺贝尔医学奖。初始的开创性研究几十年后,许多诺贝尔奖获得者才被认可。Yamanaka展示了诱导多能干细胞重编程的方法的重要性,该技术可以通过添加少量重新编程因子将一个人的细胞(例如皮肤或血液)重新编程为类似胚胎干细胞的iPSC。


诱导多能干细胞重编程的方法


这些iPSC是多能的,这意味着它们可以被专门化或分化为体内几乎任何细胞类型。有了这些细胞,研究人员便拥有了强大的工具来研究人类疾病并直接使用患者的人类细胞来开发治疗方法。同时,这种细胞来源有助于避免与胚胎干细胞有关的伦理问题。


尽管如此,关于iPSC与胚胎干细胞(ESC)的匹配程度仍然令人不安,这被认为是多能干细胞的黄金标准。这些担忧的一个来源是,iPSC方法不能完全对细胞进行重新编程,它们会以化学(也称为表观遗传)修饰细胞DNA结构的形式保留其原始细胞来源的记忆。因此,例如,如果研究人员要从iPSC制备具有其皮肤细胞起源的表观遗传学记忆的心肌细胞,那么任何有关特定疾病研究或细胞疗法的结论都可能不及ESC相关结果准确。但是昨天在PNAS上发布的报告应该有助于减轻这些担忧。


由斯坦福大学的Joseph Wu和Michael Synder的实验室以及俄勒冈健康与科学大学的Shoukhrat Mitalipov的实验室合作进行的一系列详尽的实验,仔细比较了iPSC衍生的基因活性和细胞功能细胞具有源自胚胎干细胞的细胞。研究小组试图比较同一人产生的细胞,以确保任何差异都不是遗传学的结果。为了进行这种“一对一的比较”,他们使用了另一种称为体细胞核移植(SCNT)的重新编程技术,生成了胚胎干细胞。


使用SCNT,可将成体细胞的细胞核转移至已去除自身细胞核的卵中。产生的细胞被重新编程回胚胎,从中产生胚胎干细胞-研究人员将其简称为NT-ESC。在这项研究中,用于制造iPSC的皮肤细胞样品和用于制造NT-ESC的细胞核来自同一个人。用科学术语来说,iPSC和SCNT干细胞被认为是同基因的。


现在,事实证明NT-ESC重编程过程更加完整,并且消除了原始细胞源的表观遗传记忆。那么,如果您有NT-ESC,为什么还要打扰iPSC?SCNT有一个很大的缺点:这是一项复杂的技术–只有有限的实验室才能完成它–并且需要捐赠的人工卵,这会带来道德问题。因此,如果直接比较iPSC和SNCT干细胞差异不大,那么有理由认为iPSC可以代替NT-ESC来获得患者特异性干细胞。


正如吴博士在一次采访中向我总结的那样,这正是团队发现的东西:“从未对iPSC和SCNT衍生的分化细胞进行直接比较,因为很难通过SCNT方法生成患者特异性的ESC。我们与俄勒冈健康与科学大学的Shoukhrat Mitalipov博士以及斯坦福大学的Michael Snyder博士合作,比较了通过这两种重编程方法(SCNT和iPSC)衍生的患者特异性心肌细胞(心肌细胞)和内皮细胞(血管)并发现它们在分子和功能特征方面相对相当。”


因为不管重新编程方法如何,心肌和血管细胞都是相似的,所以这表明保留在iPSC中的表观遗传记忆就不用担心了。吴医生这样向我解释:“如果iPSC能够对起源细胞进行实质性的表观遗传记忆,那么这些iPSC不可能分化为功能性心脏细胞或血管细胞。只有没有明显表观遗传记忆的干细胞才能分化为功能细胞。”


诱导多能干细胞如何产生

诱导多能干细胞如何产生

2006年诱导多能干细胞,山中伸弥从小鼠胚胎成纤维细胞中产生了首批iPS细胞-鼠ES(胚胎干)样细胞系和皮肤成纤维细胞,方法是插入四个编码Oct4,Sox2,Klf4和c-Myc的转录因子基因。

2020-12-11

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