Nature：胚胎干细胞的“神奇状态”（附原文）

细胞海洋

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: p+ I2 ~" j6 `8 C时间：2012年6月15日 来源：生物通
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萨克生物研究所的新研究发现提出了收获治疗用干细胞可能的有利时机，揭示了对组织生成至关重要的基因。
5 |# L; Q( G+ F. C) N" \  y具有治疗多种疾病及揭示导致这些疾病的基本过程的潜力，胚胎干细胞（ES）为生物医学科学带来了巨大的希望。然而一些障碍，包括科学和非科学性的，阻碍了科学家们到达圣地利用这些特异的细胞来治疗心脏病、糖尿病、阿尔茨海默氏症和其他疾病。
: ~$ a9 S8 N) @7 p" L. g( A在6月13日发表在《自然》（Nature）杂志上的一篇论文中，萨克生物研究所的科学家们报告称发现在胚胎发育的早期阶段ES细胞循环进出于一种“神奇状态”中，在此过程中一系列为细胞潜能（一个通用细胞分化或发育形成具有特化功能细胞的能力）所必需的基因被激活。这种称之为全能性（totipotency）的独特状态给予了ES细胞可转变为机体内所有细胞类型的独特能力，因此使得它们成为了有吸引力的治疗目标。
+ v, n! {6 K$ x5 T5 r9 W. ?文章的资深作者、萨克生物研究所基因表达实验室Samuel L. Pfaff教授说：“这些研究结果提供了对细胞发育潜能至关重要基因网络的新见解。我们已经确定了一种重新设置胚胎干细胞至更年轻状态的机制，在这一状态中细胞更具可塑性，因此有可能更广泛地用于针对治疗疾病、损伤与衰老。”6 d0 B+ w& R$ \! [$ F6 R
ES细胞就像橡皮泥，在正确的条件下被诱导生成特化的细胞，例如体内的皮肤细胞或胰腺细胞。在发育的初期阶段，当一个胚胎内包含5-8个细胞时，干细胞是全能性的，能够发育为所有的细胞类型。3-5天后，胚胎发育成称为胚泡的细胞球。在这一阶段，干细胞是多能性的，意味着它们可以发育形成几乎所有的细胞类型。为了让细胞分化，必须开启细胞内的特异基因。 & D; b( G9 ?  b
Pfaff和同事们对称为卵母细胞的未成熟小鼠卵细胞和二细胞期胚胎进行了RNA测序（一种衍生于基因组测序监控活性基因的新技术）鉴别了在受精前和紧随受精后开启的基因。Pfaff研究小组发现一系列的基因与这种全能性特殊状态有关，并注意到这些基因是通过干细胞邻近的反转录病毒激活。* j6 s# e, A, x5 u) @
近8%的人类基因组是由发生在我们祖先的病毒感染的远古残留物构成，其代代相传但现在不会再引起感染。Pfaff和他的同事们发现细胞利用了其中一些病毒作为工具调控了自身基因的开关。“进化论说，‘我们将把坏事变好事，利用这些病毒使我们获利，”Pfaff说。利用远古病毒的残余物在早期胚胎发育的特异时刻开启数百个基因，使细胞获得转变为机体内所有组织类型的能力。
- T6 ^0 G+ e- \根据他们的观察，萨克生物研究所的科学家们说这些病毒受到非常严格的调控且只在胚胎发育过程的短窗期（short window）激活。研究人员在早期胚胎发生过程中鉴定了ES细胞，然后进一步在培养皿中使胚胎发育和培养它们。他们发现一群罕见的特化ES细胞激活了这些病毒基因，将它们与培养皿中其他的ES细胞区分开来。Pfaff说通过将反转录病毒为己所用，这些罕见细胞恢复了更具可塑性的年轻状态，因此具有更大的发育潜能。$ e' Q4 ]- Y* B
Pfaff'的研究小组还发现几乎所有的ES细胞均循环进出于这种特殊形式。“这一ES细胞的特性从未得到科学团体的正确评估。如果这一循环被阻止发生，全部的细胞潜能则似乎是有限的，”文章的第一作者、Pfaff实验室前博士后研究人员Todd S. Macfarlan说。 / S: U9 w. e7 g+ i5 K1 e' c
现在说这种“神奇状态”是否是一个适当的时机收获供治疗用途的ES细胞还为时过早。然而Pfaff补充说通过迫使细胞进入这一特殊状态，科学家们或许能够确定协助扩大生成这类组织的基因。$ S1 W9 ^5 G9 h- j$ y# M; J
Pfaff' 说：“当前对于胚胎干细胞在临床情况中的实际应用存在极大的炒作。全球实验室都在致力于利用最小的环境条件变化精细和不可预知地影响这些细胞。因此，我们知道越多关于这些细胞能够生成全部组织类型所需的基本要求，我们就会更加好。”尽管这些研究结果阐明了胚胎干细胞的基础生物学，Pfaff说就它们的实用、临床价值而言仍旧“任重而道远。”# D4 A$ ?* Q; D9 l. U1 t
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6楼原文 感谢zorro 提供

细胞海洋

Embryonic stem cell potency fluctuates with endogenous retrovirus activity ' P' {! f7 Y2 U) _" f4 y3 s
Embryonic stem (ES) cells are derived from blastocyst-stage embryos and are thought to be functionally equivalent to the inner cell mass, which lacks the ability to produce all extraembryonic tissues. Here we identify a rare transient cell population within mouse ES and induced pluripotent stem (iPS) cell cultures that expresses high levels of transcripts found in two-cell (2C) embryos in which the blastomeres are totipotent. We genetically tagged these 2C-like ES cells and show that they lack the inner cell mass pluripotency proteins Oct4 (also known as Pou5f1), Sox2 and Nanog, and have acquired the ability to contribute to both embryonic and extraembryonic tissues. We show that nearly all ES cells cycle in and out of this privileged state, which is partially controlled by histone-modifying enzymes. Transcriptome sequencing and bioinformatic analyses showed that many 2C transcripts are initiated from long terminal repeats derived from endogenous retroviruses, suggesting this foreign sequence has helped to drive cell-fate regulation in placental mammals.

goodboy

求原文

daytoday

“利用远古病毒的残余物在早期胚胎发育的特异时刻开启数百个基因，使细胞获得转变为机体内所有组织类型的能力。”
& o4 B( `4 ^; i这么说来，在感染远古病毒之前，人类的胚胎没有全能性？没有人类？

naturalkillerce

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揭示胚胎干细胞利用病毒基因维持全能性机制
- y: m% i  ~. G/ u+ u  D3 u; D时间：2012-06-15 08:59:48 来源：生物无忧 作者：davidtower
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7 T/ s  [7 a) Y' o! n因为胚胎干细胞(embryonic stem cells, ESCs)有潜力治疗多种疾病和揭示导致这些疾病产生的基本过程,所以在生物医学科学领域,它们前景广阔.然而,一些科学和非科学上的障碍一直阻止科学家们利用这些独特的细胞来治疗心脏病、糖尿病、阿尔茨海默氏症和其他疾病.
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    在一项最新研究中,来自美国沙克研究生物研究所(Salk Institute for Biological Studies)的研究人员发现胚胎干细胞(ESCs)在胚胎发育早期阶段周期性地进入和离开一种"神奇状态(magical state)",在这一阶段,一些对维持细胞潜能(cell potency,即一种非特化的细胞具有分化为含有特定功能的细胞的能力)所必需的基因被激活.这种独特的被称作全能性(totipotency)的性质赋予ESCs具备产生体内任何一种类型细胞的独特能力,因而也使得它们成为吸引人的治疗靶标.相关研究结果于2012年6月13日在线发表在《自然》期刊上,论文标题为"Embryonic stem cell potency fluctuates with endogenous retrovirus activity".
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论文通讯作者、沙克研究生物研究所基因表达实验室教授Samuel L. Pfaff说,"这些发现让人们对在细胞发育潜力中发挥重要作用的基因网络产生了新的深刻认识.我们鉴定出一种让胚胎干细胞复位到更加年轻的状态的机制,当处于这种年轻状态时,它们可塑性更强,因而潜在性地更加适合用于治疗疾病、损伤和衰老."
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    胚胎干细胞(ESCS)像弹性橡皮筋那样,在合适条件下,能够被诱导而变成体内的特定细胞,如皮肤细胞或胰腺细胞.在发育的初始阶段,当一个胚胎只含有5到8个细胞时,这些干细胞是全能性的,能够产生任何类型的细胞.在3到5天之后,胚胎发育成胚泡(blastocyst).在这个阶段,干细胞是多能性的,这就意味着它们能够产生几乎任何类型的细胞.干细胞若要分化,细胞内的特定基因必需被开启表达.
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! i9 l! w) l# h  x) _4 L/ o% ^' O    Pfaff和他的同事们对小鼠未成熟的卵细胞(也称作卵母细胞)和两细胞阶段胚胎进行RNA测序(一种源自基因组测序的新技术,用于监测哪些基因是有活性的)来鉴定刚好在受精之前和受精后不久哪些基因是有活性的.Pfaff领导的研究小组发现一系列基因与这种神圣的全能性状态关联在一起,并且注意到这些基因是由干细胞内源性的逆转录病毒激活的., g: S5 r0 j2 F' _5 l. Q6 j4 Z
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    将近8%的人基因组序列是由古代感染我们祖先的病毒遗留下来的基因组遗迹组成的,这些遗迹代代相传,但是不能产生感染.Pfaff和他的同事们发现细胞利用这些病毒中的一些作为工具来调节它们自己的基因的打开和关闭.在早期胚胎发育的一个特定时刻,利用古代病毒遗迹来开启上百种基因表达赋予细胞产生体内任何类型组织的能力.* p' }" ~+ R, n4 Q

, b+ @" A4 e4 V  S    根据这些发现,研究人员说,这些病毒受到严格地控制,只在胚胎发育期间一段非常短的时间内才有活性.研究人员在早期胚胎发育中鉴定出ESCs,然后进一步在实验室盘碟中培养胚胎.他们发现一组罕见的特殊胚胎干细胞(ESCs)激活病毒基因,从而在盘碟中将它们与其他的ESCs区分开来.Pfaff说,通过发挥利用逆转录病毒的优势,这些罕见的ESCs退回到一种可塑性更强和更加年轻的状态,因而拥有更大的发育潜能.$ B% j& w2 F" V4 t8 H
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    Pfaff领导的研究小组还发现几乎所有的ESCs周期性地进入和离开这种神圣的全能性状态,论文第一作者Todd S. Macfarlan 说,ESCs的这一特征一直没有得到科学界的重视.他说,"如果阻止这种周期性行为发生,那么细胞潜能的全方位性似乎是有限的."! Z. L/ {$ o  \" K) E5 Y# _

( C! M7 q7 l$ h/ g% P' E: D7 ~* M    不过如果说处于这种"神奇状态"是收集用于治疗目的ESCs的合适时机,也未免为时过早.但是,Pfaff补充道,通过强迫细胞进入这种神圣的状态,科学家们有可能能够鉴定出相关的基因来协助扩大化生产不同类型的组织.1 K* e- z, i, M0 V- f; a

, k; R3 R; I/ K* B: D: n8 b) f    他说,"人们过于炒作胚胎干细胞在临床上的实际应用.遍布全世界的实验室面临的挑战是哪怕是环境条件的最小改变也可能对这些细胞带来微妙的和不可预测的影响.因此,我们对这些细胞产生全部类型的组织所需要的基本条件知道得越多,那么我们就越来越从中受益." Pfaff说,尽管这些发现有助于揭示胚胎干细胞的基础生物学特征,但是在能够将它们应用于实际临床试验之前,人们仍然有很长一段路要走.

zorro

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sunsong7

daytoday 发表于 2012-6-15 09:50
9 I# ]. v, v! _2 K3 M“利用远古病毒的残余物在早期胚胎发育的特异时刻开启数百个基因，使细胞获得转变为机体内所有组织类型的能 ...

9 m% }5 n7 x# ]9 ?
Collodictyon：生命进化树上的奇葩3 b# z3 |  a4 z' I+ W
http://www.stemcell8.cn/thread-55489-1-1.html
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萍踪苇影

研究的路还很长

f5_105

也许，远古时代病毒感染的发生促使低级细胞进化为高级的具有各种功能分工的细胞群体，然后经过复杂的过程和漫长的时间才有人类的出现。

懵懂干细胞

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- u1 q! D( `% ?( \: s; x8 G一种叫驯化的技术在微观世界兴行这么久，可能的原因，病毒基因长时间驯化至少不再感染了，同时还能为自己效力，感觉基因调控也是很人性化；第二，或许利用这个调控机制更方便更好呢！！！