權威干細胞刊物聚焦中國學者新成果
日期:2011-04-22 08:08:22
近期《Cell Stem Cell》聚焦了多篇中國學者的研究成果,這些成果分別是能使克隆動物出生率提高的新技術,Caspase在誘導多能干細胞(iPS)過程中扮演的重要角色,以及建議建立人類胚胎干細胞系,iPS誘導多能干細胞系統一的命名方法。
Defects in Trophoblast Cell Lineage Account for the Impaired In Vivo Development of Cloned Embryos Generated by Somatic Nuclear Transfer
來自中科院上海生科院生化與細胞所,揚州大學等處的研究人員確證了克隆胚胎發育失敗的關鍵原因,進而通過修復其中缺陷,使克隆動物出生率提高了6倍。這對生命科學的核移植研究領域具有啟示意義,也為提高動物克隆效率以及核移植技術用于人口健康領域提供了理論依據。
自體細胞克隆技術問世以來,克隆胚胎發育成個體的效率一直很低。以小鼠為例,50-70%的核移植重構胚胎在體外能發育成囊胚,但是,將這些囊胚移入假孕小鼠子宮內,只有3%左右的囊胚能發育成克隆動物。那么,為什么大部分克隆囊胚不能發育成個體呢?一種假說認為克隆囊胚滋養外胚層存在的重編程異常細胞是克隆胚胎發育失敗的主要原因。然而,這一假說一直沒有被直接證實,最近的一些間接證據顯示這一假說可能并不正確。
在這篇文章中,研究人員為了驗證這一假說,采用了一種被稱為四倍體胚胎補償的技術。四倍體胚胎補償技術是將四倍體胚胎與二倍體胚胎聚合成一個胚胎,在聚合胚胎的發育過程中,四倍體的細胞絕大部分發育成胚外組織,而胎兒則是由二倍體發育而來。
這一技術通常用于挽救二倍體胚胎由于胎盤發育缺陷導致的發育失敗。研究組成員林江維等人認為,如果克隆囊胚滋養外胚層的確存在重編程異常細胞,并導致克隆胎兒發育的失敗,那么通過四倍體胚胎補償技術就能夠顯著提高克隆胎兒的出生效率。他們先將一個克隆胚胎與兩個四倍體胚胎聚合在一起,發現聚合胚胎的出生率提高了2.6倍。這說明當克隆滋養外胚層嵌入具有正常功能的四倍體細胞后,克隆胎兒的發育率得到了明顯的改善。
然而,在這一實驗中,異常的克隆滋養外胚層細胞仍然存在于胚外組織中,會對胎兒的發育產生不利的影響。因此,研究人員預測將克隆囊胚的滋養外胚層細胞全部替換成四倍體細胞會進一步提高克隆動物的出生率。為此,他們采用免疫手術法去掉克隆囊胚的滋養外胚層細胞,然后將分離出來的內細胞團細胞與兩個四倍體胚胎進行聚合,結果發現克隆動物的出生率提高了6倍。
最后,研究人員又做了一個相反的實驗,即將正常囊胚的內細胞團細胞與兩個克隆來源的四倍體胚胎進行聚合,發現出生率與直接核移植后的克隆小鼠出生率相似。這些結果充分證明了克隆囊胚的滋養外胚層中存在重編程異常細胞并影響胎兒的發育。這一結果對核移植研究領域的發展具有重要的意義,也為提高動物克隆效率以及核移植技術在人口健康領域(治療性克隆)的應用提供了重要的理論依據。
Apoptotic Caspases Regulate Induction of iPSCs from Human Fibroblasts
來自美國科羅拉多大學醫學院,中南大學癌癥研究所,上海交通大學醫學院等處的研究人員發表了題為“Apoptotic Caspases Regulate Induction of iPSCs from Human Fibroblasts”的文章,文章發現Caspase在誘導多能干細胞(iPS)過程中扮演的重要角色,這對于提高iPS細胞轉化的效率,以及分析iPS細胞重編程的機制方面具有重要的意義。
Caspase是一組存在于細胞質中具有類似結構的蛋白酶。它們的活性位點均包含半胱氨酸殘基,能夠特異性的切割靶蛋白蛋白天冬氨酸殘基后的肽鍵,這一蛋白酶家族成員較多,在人類已經鑒定了14種以上不同的caspase。各種caspase都富含半胱氨酸,它們被激活后,能夠在靶蛋白的特異天冬氨酸殘基部位進行切割。之前的研究證明這些caspase與細胞凋亡密切相關。
而最新的研究發現Caspase在體細胞重變成為iPS細胞過程中發揮重要作用,這一發現十分重要,因為即使轉變成iPSC的過程非常簡單,但效率一直不高,這些信息可以幫助我們提高轉化效率。此外,它還對那些像癌癥細胞一樣,無法完成轉化過程的細胞有一定的輔助作用。如果純粹從科學角度來看,這個發現可以幫助我們理解神奇的轉變過程的發生機制。
2006年日本京都大學的山中伸獼將4種基因轉入小鼠的皮膚纖維細胞,誘導其轉化為具有胚胎干細胞樣特性的誘導多能干細胞(iPS),為世界上干細胞及再生醫學研究開啟了新的篇章。自此,全世界的科學家們開始利用誘導多能干細胞進行相關研究工作。然而一直以來研究者們并不清楚這一過程中細胞由分化狀態回復到未分化狀態的具體機制。
李川源教授研究組長期從事caspases研究,并證實caspases在損傷修復和再生過程中發揮了重要的作用。當研究人員看到山中伸獼發表的論文之后,他們開始思考caspases是否有可能在誘導多能干細胞增殖過程中發揮潛在作用。
他們在重編程的過程中同時在細胞內導入caspase抑制基因,結果發現當caspase表達關閉時,則無法獲得誘導多能干細胞。通過這種方式可以幾乎完全阻斷了細胞的重編程,研究人員利用半年時間嘗試采用不用的實驗方法,以各種caspase基因來誘導人類皮膚細胞轉變為iPSC,但并沒有成功。雖然caspase不能夠誘導iPS細胞生成,但是研究人員始終認為caspase必然參與了其中的某些環節。當研究人員將caspase抑制劑導入到皮膚細胞中,他們發現完全阻斷了誘導多能干細胞的生成。
A Call for Standardized Naming and Reporting of Human ESC and iPSC Lines
4月8日出版的Cell Stem Cell雜志刊登了來自美國麻省大學醫學院,澳大利亞墨爾本大學,上海交通大學等處的研究人員提出的“A Call for Standardized Naming and Reporting of Human ESC and iPSC Lines”這個建議。文章中提出目前人類胚胎干細胞系,以及iPS誘導多能干細胞系發展擴增的速度很快,因此建議建立統一的命名方法,從而能完善標準化的細胞系數據庫。
這項倡導由麻省大學醫學院Mai X. Luong教授等人發起的,其中也包括了來自上海交通大學的曾凡一教授,這位女科學家主要從事的是遺傳和發育生物學研究,曾在2009年與中科院動物所周琪研究員的團隊合作,在世界上首次成功地用誘導性多能干細胞獲得了具有繁殖能力的小鼠“小小”,有力地證明了iPS具有真正的全能性。這項成果入選了美國《時代》周刊評選的2009年世界醫學十大突破。
胚胎干細胞系最早建立于1981年,是由美國和英國研究人員成功分離和體外培養的小鼠ESC,在此之后的20 a里,相繼從早期胚胎建立了豬、牛、兔、靈長類動物的ESC系。之后2007年,美國和日本科學家分別宣布獨立發現將普通皮膚細胞轉化為干細胞的方法,得到的干細胞稱為誘導多功能干細胞(iPS細胞),這種細胞具有和胚胎干細胞類似的功能,卻繞開了胚胎干細胞研究一直面臨的倫理和法律等諸多障礙,成為干細胞研究的熱點領域之一。
隨著胚胎干細胞和iPS細胞相關研究越來越多,各處建立的人類胚胎干細胞系和iPS細胞系也飛速增長,目前已經積累了上千個細胞系,但是目前這些人類胚胎干細胞系仍未有一個統一的鑒定胚胎干細胞特征的標準,包括iPS細胞系在內的細胞系并沒有統一的命名方法,這不利于胚胎干細胞和iPS細胞相關領域的發展。
因此在這篇文章中,研究人員建議建立統一的命名方法,這樣能幫助完善標準化的細胞系數據庫,也有利于新成果的報道。
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