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干細胞牛人:隱藏突變破壞iPSC治療價值

日期:2016-04-15 08:55:28

 414日在《Cell Stem Cell》發(fā)表的一項研究指出,隨著年齡的增長,人類線粒體DNA中會積累突變。這一發(fā)現(xiàn),對于使用誘導(dǎo)多能干細胞iPSC)的潛在療法有重要意義,iPSC是從患者的皮膚細胞生成,并可用于修復(fù)受損組織或器官。如果“誘導(dǎo)多能性”細胞來源于一位上了年紀的病人的細胞,那么可能就含有錯誤的線粒體DNA,這可能削弱“誘導(dǎo)多能性”細胞的治療價值。

 

因此,本文共同資深作者、美國俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)胚細胞和基因治療中心主任Shoukhrat Mitalipov和辛辛那提兒童醫(yī)院線粒體醫(yī)學(xué)項目主任、醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)家、華人教授黃濤生(Taosheng)表示,用于治療用途的iPS細胞系,應(yīng)該進行篩查,以發(fā)現(xiàn)線粒體DNA突變。

 

Shoukhrat Mitalipov是國際上著名的干細胞技術(shù)應(yīng)用于線粒體疾病治療領(lǐng)域的專家,曾在2007年成功建立出靈長類動物猴子的克隆干細胞系,曾經(jīng)入選《Nature2013年度十大人物,也被稱為克隆“酋長”和“線粒體狂人”(相關(guān)閱讀:Nature:干細胞領(lǐng)域兩大牛人攜手打造線粒體置換術(shù);科學(xué)家最新研究首次成功克隆成年人細胞;Science十大科學(xué)突破之人體胚胎克隆)。黃濤生博士早年畢業(yè)于福建醫(yī)學(xué)院,1986年在第三軍醫(yī)大學(xué)獲得碩士學(xué)位,博士畢業(yè)于美國西奈山醫(yī)學(xué)院,現(xiàn)任美國辛辛那提大學(xué)、辛辛那提兒童醫(yī)院終身教授,多項突破性成果被刊登在權(quán)威學(xué)術(shù)期刊上。

 

黃教授說:“人們只傾向于研究核基因組。但是,如果你想在一個人身上使用‘誘導(dǎo)多能性’細胞,你就必須檢查線粒體基因組的突變。”

 

線粒體DNA包含支持基本需要的基因,如作為細胞的能源生產(chǎn)。雖然每個細胞儲存著兩份核DNA,在單個細胞中可能有一千份線粒體基因組的副本。這些副本都可能包含突變的和健康的線粒體DNA

 

黃教授說:“我們稱之為斑點效應(yīng)。每一個細胞可能都是不同的。彼此相鄰的兩個細胞,可能有不同的突變或不同百分比的突變。”

 

這些突變可以在“誘導(dǎo)多能性”細胞中被復(fù)制。在創(chuàng)建一個治療性的iPS細胞系之前,要從患者身上收集一組細胞。這些細胞會進行突變檢測。如果測試人員利用Sanger測序,這種舊技術(shù)不像新一代測序那樣敏感,發(fā)生在不到百分之二十的樣本中的任何突變,將不會被發(fā)現(xiàn)。但是,線粒體DNA突變可能發(fā)生在細胞庫中不到百分之二十的線粒體中。因此,突變率尚不清楚。Mitalipov說:“這些線粒體突變實際上是隱蔽性的。”

 

但是在制備iPS細胞系的過程中,研究人員擴大了來自患者組織切片的單個細胞的克隆。在iPS細胞系中的每一個細胞,都將包含與最初成熟細胞相同的線粒體DNA突變。所以,Mitalipov和黃濤生博士不是研究一個iPS細胞系,而是從每個患者組織樣本中獲得了10iPS細胞克隆,并進行了測序,以更好的理解線粒體DNA突變率。

 

他們采集了24歲到72歲之間的人群的血液和皮膚樣本。當他們測試樣品尋找線粒體DNA突變時,發(fā)現(xiàn)突變的水平很低。但是當他們對iPS細胞系進行測序時,他們發(fā)現(xiàn)了更高數(shù)量的線粒體DNA突變,尤其是在超過60歲的患者的細胞中。他們還發(fā)現(xiàn),在一個細胞內(nèi)含有突變的線粒體比例更高。一個細胞內(nèi)突變的線粒體DNA含量越高,就對細胞功能的損害越大。

 

因為每個iPS細胞系是從一個不同的細胞制備而來的,因此,每一個細胞系可能包含不同類型的線粒體DNA突變和突變負載。為了選擇受損最小的細胞系,作者建議篩查每個病人的多個細胞系。黃教授說:“這是一個好主意,檢查iPS克隆尋找線粒體DNA突變,并確保你挑選到了一個好的細胞系。”

 

Mitalipov教授說,線粒體基因組相對較小,只包含37個基因,因此使用新一代測序篩選,應(yīng)該可行的。這應(yīng)該是相對便宜和辦得到的。

 

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