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中外学者Cell Stem Cell突破山中伸弥iPSCs配方,原来OCT4并不需要

互联网2019年11月13日 4:23 点击:442

胚胎干细胞(ESCs)分离于胚胎的内细胞团,具有发育成为个体所有细胞的潜能,被广泛应用于生物学研究的各个领域,是干细胞与再生医学研究的焦点;而诱导性多能干细胞(iPSCs)是通过转录因子或者小分子化合物逆转终末分化的体细胞,使其重编程而得到类似于ESCs的发育和分化潜能。

日本科学家山中伸弥(Shinya Yamanaka)于2006发现通过表达四个转录因子 – Oct4,Sox2,Klf4和cMyc(OSKM)可将小鼠成年体细胞(如皮肤成纤维细胞)重新编程为iPSCs,并在2007年发现OSKM可以应用到人iPSCs的诱导,开辟了体细胞重编程的新领域,并于2012年获得诺贝尔生理与医学奖。iPSCs技术可以获得特定个体的多能干细胞,可以用于病人个性化的再生治疗,具有无可比拟的临床应用潜力。但多项研究表明iPSCs的发育潜力并不完全等同于“黄金标准” ESCs,许多通过OSKM诱导重编程获得的iPSC品系无法支持有效的正常分化,说明重编程的过程还不够“完美”与“高效”。这些缺陷体现在表观修饰层面等方面iPSCs会产生变化:例如从亲本之一遗传的基因组中特定基因位点的表观遗传沉默丢失,即基因印记丢失(LOI),目前导致这些变化的确切来源或作用机制尚不完全清楚。

近期,来自德国马普分子生物医学研究所,广州再生医学与健康广东省实验室的研究人员发表了题为“Excluding Oct4 from Yamanaka Cocktail Unleashes the Developmental Potential of iPSCs”的新论文,发现在重编程过程中Oct4的过度表达会导致表观遗传学变化,从而降低iPSC的质量;并且阐明“Yamanaka的重编程四因子”去掉Oct4不仅可以重编程产生与ESCs具有同等发育潜力的iPSCs,而且可以大大提高iPSCs通过四倍体胚胎互补产生all-iPSC小鼠的能力。

这一颠覆性的iPSCs技术公布在11月7日的Cell Stem Cell杂志上,由马普分子生物医学研究所Hans Schöler与广州再生医学与健康广东省实验室吴光明研究员共同主导完成。

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图片来自Cell Stem Cell, 2019, doi:10.1016/j.stem.2019.10.002

多项对重编程因子的研究表明,Oct4似乎是不可替代的核心作用因子。然而在这项研究工作中,作者及其团队尝试不同的转录因子组合,其中他们从广泛使用的tetO-OKSM多顺反子重编程载体中删除了Oct4,以产生阴性对照来比较不同POU家族因子的重编程能力。

令人非常惊讶的是,与OSKM相比,去掉Oct4之后的SKM的过表达可以高效地重编程成纤维细胞生成iPSC,仅仅稍有延迟,而此前人们使用SKM均未成功获得过iPSCs。作者发现与先前研究的差异是因为Yamanaka和其他许多人在他们的实验中均使用逆转录病毒载体,而逆转录病毒载体可以被重编程因子迅速沉默,从而终止了重新编程过程。

文章第一作者Sergiy Velychko介绍说:“有趣的是,我们发现在没有Oct4的情况下生成的iPSC与ESCs更加相似,最重要的是我们所有的SKM系列都保留了正确的遗传印迹模式。最后,当我们进行最严格的多能性测试,即通过四倍体补偿的技术产生全iPSC小鼠时,我们发现SKM-iPSC可以使全iPSC小鼠出生率比传统的iPSC平均提高20倍。”

iPS技术创始人山中伸弥也对该工作表示了极大的关注,表示将尽快在其他细胞类型中,尤其是人成体细胞中建立这一重编程系统。他表示:“这个系统如在人成体细胞获得成功,将会是iPSCs在临床应用上的巨大进步。”

Oct4,Sox2和Klf4被广泛认为是先驱性因子,但是它们的功能高度依赖于辅因子和细胞环境。该项研究的数据提供了一个全新的视野,Oct4异常基因激活可能会对iPSCs的质量产生不利的影响,因此需要进一步改善重编程策略,消除过表达重编程因子引起的表观遗传畸变带来的癌变风险,并进一步提高iPSCs的多能性。

原文标题:

S. Velychko et al., “Excluding Oct4 from Yamanaka cocktail unleashes the developmental potential of iPSCs,” Cell Stem Cell, doi:10.1016/j.stem.2019.10.002, 2019.


(来源: 互联网 )


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