Cell子刊:解開細胞重編程的長久謎團
日期:2015-08-28 08:44:43
體細胞核轉移(SCNT)是開發的第一種細胞核重編程方法。在這種方法當中,一個體細胞核被卵母細胞的細胞溶質因子快速重編程,以一種確定性的方式獲得多能性。從SCNT產生的細胞是真實的多能干細胞,更類似于來自卵母細胞受精的胚胎干細胞(ESCs)。雖然SCNT是產生多能性細胞的一種便利方法,但是這個過程仍然存在顯著的倫理爭議。隨著轉錄因子介導的iPSC重編程的出現,科學家向產生患者特異性的干細胞,邁出了重要的一步。相比較SCNT,這種方法技術上簡單,而且沒有道德關注,此外,它也對重編程和多能性的分子機制,提出了新的見解。
這種方法的缺陷在于,與SCNT相比,它不能產生合格的誘導多能干細胞。因此,可以想象,一些卵母細胞細胞質因子可能與核轉錄因子Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4協同作用,增強iPSC重編程。然而,雖然許多轉錄因子已被證明能夠增強iPSC的產生,但是大部分卵母細胞因子仍然沒有得以很好的研究。
為了改善這種情況,來自新加坡的一組研究人員在《Cell Reports》上發表一項研究,篩選出富含這些基因的20個卵母細胞,進一步誘導小鼠成纖維細胞的iPSC重編程,這些細胞已經表達了上述因子的逆轉錄病毒版本。
他們發現,唯一起作用的因素——如堿性磷酸酶陽性iPSC菌落的數量顯著增加,是T細胞白血病(TCL1)蛋白家族的成員。研究人員發現,Tcl1在細胞中的主要合作伙伴,是一個RNA結合蛋白,被稱為線粒體多核苷酸磷酸化酶(PnPase)。所以現在事情開始變得有趣。PnPase是一個具有兩種不能功能的酶,具有核糖核酸外切酶和寡核苷酸聚合酶活性。換句話說,它可以摧毀RNA鏈,以及長的雜聚尾巴。
除了自身的RNA產物之外,線粒體是各種核編碼的tRNA以及必要的氨基酰-tRNA合成酶的著名輸入器。線粒體RNA結合蛋白(如PnPase),被認為對線粒體中的RNA輸入和加工至關重要。作者發現,卵子因子可通過抑制線粒體PnPase,對新陳代謝進行重編程,對于干細胞具有超越一般的意義。
例如,雖然體細胞依靠氧化磷酸化,但多能干細胞能優先利用糖酵解作為能量來源,并且通常具有不成熟的線粒體。最近的研究工作表明,電子傳遞在增殖細胞中發揮重要作用,無論是在發育過程中,還是在癌癥中,可能只是用于合成天門冬氨酸。
通過TCL1-PNPase“開關”抑制線粒體生物合成,只是研究人員探討的一個機制。他們還發現,一個密切相關的同系物Tcl1b1,能明顯促進成纖維細胞的體細胞重編程,Tcl1b1可促進Akt激活以促進重編程,而Tcl1可通過PnPase抑制線粒體生物合成,來改變代謝組,從而提供細胞質環境,以增強體細胞編程。他們指出,至少在小鼠身上,PnPase不僅對胚胎發生,而且對于耳、肌肉和大腦的發育,是至關重要的。他們甚至認為,PnPase可能是新的線粒體替代療法的一個重要因子。
總而言之,這些研究結果有助于解開一個長久的謎團:富含細胞溶質因子的卵母細胞,是如何促進重編程的?結果證實,富含Tcl1和Tcl1b1蛋白的卵母細胞,可增強iPSCs的重編程。
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