PNAS:無需外源因子獲得iPS細胞
日期:2014-07-23 09:14:40
來自中國農業大學,美國猶他大學等處的研究人員發表了題為“Efficient Germline Transmission Obtained with Trangene-free Induced Pluripotent Stem Cells”的文章,首次獲得了高質量的無外源因子的誘導多能干細胞(iPS細胞),這種細胞也能應用于胚胎操作,并且能夠產生健康的后代小鼠。
文章公布在7月7日《美國國家科學院院刊》(PNAS) 雜志上,這項研究由中國農業大學吳森實驗室和猶他大學卡佩齊(Capecchi)實驗室合作完成。其中吳森教授早年畢業于北京大學,主要研究方向為動物遺傳工程及干細胞。
多能干細胞(Pluripotent stem cell,Ps)是當前干細胞研究的熱點和焦點。它可以分化成體內所有的細胞,進而形成身體的所有組織和器官。因此,多能干細胞的研究不僅具有重要的理論意義,而且在器官再生、修復和疾病治療方面極具應用價值。但是過去認為多能干細胞只能從人胚胎中獲得。2007年,美國和日本科學家發現,應用人和鼠的正常皮膚細胞,導入KLF4、OCT4、SOX2和C-MYC四種基因,即可由正常體細胞轉化成多能干細胞。這種基因誘導而產生的多能干細胞稱為誘導多能干細胞(iPSC)。
無疑這種iPS細胞在再生醫學領域具有重要的應用價值,但是傳統的誘導方法是通過逆轉錄病毒或者慢病毒載體攜帶OKSM四因子,使iPS細胞具有潛在的致癌性,從而不能夠應用到人類細胞治療領域。
為了解決這個問題,在過去的幾年里科學家們研發了各種方法,用于誘導產生無外源因子iPS細胞。這些方法包括質粒、piggyBac轉座子、蛋白轉導、mRNA和microRNA轉染等。雖然這些方法能夠產生無外源因子的iPS細胞,但是不能夠穩定可靠地得到高質量的、具有生殖嵌合能力的細胞。
在最新這篇文章中,研究人員成功地將8個重編程因子和選擇性標記基因放到一個非整合質粒中,從而獲得了較高質量的非轉基因(transgene-free)iPS細胞。這種方法在干細胞研究領域將會有重要的應用。
所謂非轉基因(transgene-free)iPS細胞,就是指不需要外源重編程因子,就能獲得和維持多能性的iPS細胞。要獲得這種iPS細胞,對質粒的要求比一般經典的四因子重編程方法要高。
因此,研究人員優化了重編程因子的組合,挑選了合適的篩選標記,并將這兩者整合到一個非整合質粒中。更重要的是,研究人員發現pMaster12質粒能產生非轉基因(transgene-free)的iPS細胞,這也就是說這種細胞在2i培養基中生長后,能應用于胚胎操作,并且能夠產生健康的后代小鼠。
這項研究對于解決iPS細胞中致癌性的問題具有重要的意義,也將有助于解析誘導多能干細胞形成的分子機理。
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