诱导性多功能干细胞6

诱导产生多能性干细胞的研究里程碑式的科学突破细胞重编程的研究概况核移植n 核移植试验最初是在两栖动物中实现的，通过将体细胞核注入到去核卵母细胞中。迄今，人们已经获得了多种核移植动物，也建立了来源于核移植胚胎的胚胎干细胞系。体细胞核移植试验也具有很大的局限性n 克隆的效率极低n 产生的许多后代在各个阶段都体现出严重的发育异常n 由于需要卵母细胞，核移植实验在人类中的应用受到强烈的伦理学质疑n 这些不足，都制约了核移植技术的进一步发展和应用。将成熟的体细胞与多潜能的细胞（ES细胞、胚胎癌细胞等）融合，或者用胚胎干细胞提取物来处理体细胞，也可以在一定程度上使体细胞发生重编程。n 利用这两种方法，可以实现某些多功能性标志分子的重新表达和多种分化潜能的获得。n 但是，体细胞与多能性细胞的融合率较低，融合之后的细胞具有两套染色体，并且在移植后会发生排斥现象，这就制约了细胞融合的临床应用。有没有相对简单，又可摆脱材料来源和伦理学诸多限制，重编程的效率和程度都十分可观的新方法呢？里程碑式的科学突破n 2006年 11月 20日，日本京都大学的山中伸弥（ Shinya Yamanaka)和美国威斯康星大学的詹姆斯 汤姆森（ James Thomson）分别在 细胞 和 科学 杂志上发表重量级论文， 宣布他们用基因改造的手段，将人类体细胞改造成了类胚胎干细胞，在功能上几乎可以和胚胎干细胞相媲美。詹姆斯 汤姆森小组的论文发表在11月 20日的 科学 杂志上俞君英是 11月20日 科学 杂志论文的第一作者2006年 8月，日本科学家山中伸弥小组首先在小鼠身上取得成功诱导产生的多功能性干细胞n 2006年， Takahashi 和 Yamnaka 将几个转录因子导入已分化的小鼠皮肤成纤维细胞，进而获得了类似于胚胎干细胞的多能性干细胞，称之为 “诱导产生的多功能性干细胞 ”（ induced pluripotent stem cells,iPS细胞）。这一研究明确地证实了分化的细胞可以通过少数几个因子的外源导入而被重编程到具有多能性的状态，因而受到了整个生命科学领域的广泛关注。在研究诱导多功能性干细胞产生的原理机制之前，先了解一下体细胞重编程逆转为干细胞的研究进展n 体细胞重编程的过程n 体细胞重编程的原理n 体细胞不经过胚胎逆转为多能干细胞的方法成体细胞核的重编程n 1.核重编程：核移植后供体核停止本身的基因表达程序，恢复为胚胎发育所必需的胚胎化基因表达程序状态。此过程包括：染色体结构重建、 DNA甲基化、组蛋白乙酰化、印记基因表达、端粒长度恢复、 X染色体失活等。n 1.1.DNA甲基化n 1.2.合子型基因的重新激活，如： Oct-4n 2.重塑核结构n 主要有包括核纤层 A、 B、 C三种核纤层蛋白的重塑3.细胞质重编程 miRNAn miRNA是决定细胞分化方向的因子。n 细胞中 miRNA成分的改变能提高细胞对调节基因表达重编程。n 接下来，介绍一下体细胞重编程不经过胚胎逆转为多能干细胞的方法之一：通过特定基因的表达将体细胞重编程过程逆转为干细胞。 “基因重新编排技术 ”，借助 “逆转录酶病毒 ”为载体 ,即向皮肤细胞中植入一组 4个基因 (Oct4,Sox2,c-myc和 Klf4 )，通过基因重新编排，使皮肤细胞具备胚胎干细胞的功能。这种被改造过的细胞称作“iPS细胞 ”。n 下面简单介绍一下这些研究中所用到的多能性相关因子 Oct4,Sox2,c-myc和 Klf4在多能性调控中的作用。1.Oct3/4n Oct-4（也称 Oct-3）属于 POU转录因子家族的一员13 。n 是哺乳动物胚胎发育的一个关键的调控因子。是全能性的标志，它能够促使 ICM形成、维持胚胎干细胞未分化前状态并促进其增殖。2.SOX2基因 n SOX2基因是编码转录因子的主控基因（ master genes）家族的一个成员。转录因子是些与 DNA结合并调节其他基因表达的蛋白质3.癌症基因 c-MYC n 癌症基因 c-MYC，是一种最容易过渡表现于人类的致癌基因，它对某些成体干细胞的自我更新起一定的作用，并可以抑制 ES细胞的分化。4.Klf4n Krueppel-like factor 4， KLF4上皮锌指转录因子 Klf4 (旧称GKLF)调节体外细胞的增生与分化 iPS细胞诱导机制已分化的细胞 导入病毒基因Oct3/4、 Sox2、 c-Myc和 Klf4病毒逆转录胚胎干细胞培养条件和筛选Ips细胞诱导多功能细胞n 我们已经了解了体细胞重编程的原理和诱导多功能干细胞的产生机制，下面让我们再深入了解一下 Ips细胞的研究概况和 Ips细胞系建立的一些重要环节。Ips细胞的研究概况（研究方法）这是一种具有很强创新性的研究方法：通过外源导入与多功能相关并且能使重组细胞恢复全能性的转录基因来诱导体细胞核发生重新编程，从而使体细胞转变成多能性干细胞。n 这种方法所受的启示来源于 “ ES细胞 -体细胞融合实验 ”。细胞的多能性收到许多因子精密而又复杂的调控。 ES细胞和体细胞融合后能诱导体细胞核的重新编程， ES细胞中存在着一些因子，这些因子对于多能性的建立可能至关重要。Ips细胞的研究概况（两个相关实验）n Ips细胞首先由科学家Takahashi和 Yamanaka在2006年建立的。实验原理如下：利用逆转录病毒载体在小鼠成纤维细胞中导入了 4个与多功能性有关的基因：Oct4,Sox2,c-myc和 Klf4。利用多能性标志分子 Fbx15的表达对转染后的细胞进行了筛选，最终的到了 ips细胞，这种细胞的功能和性能几乎和胚胎干细胞一样。n 另一个实验的对象是人类皮肤成纤维细胞的重编程，而实验的过程和上一个实验基本相同；。只是对所筛选的转录基因做了一下修饰：去掉了肿瘤相关因子 c-Myc，使 ips细胞的生产更加安全Ips细胞系建立的一些重要环节（几种因子的发现过程）n 日本科学家发现 ES细胞中那个存在着一些因子，这些因子对于多能性的建立可能至关重要。科学家对 24个与多能性维持相关的候选基因导入小鼠成纤维细胞