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Nature Medicine:诱导细胞重编程新方法(附全文) [复制链接]

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发表于 2010-11-23 21:41 |只看该作者 |倒序浏览 |打印
转载于生物通。
9 w3 q9 {  i7 g7 @7 K( |8 B摘要: 近日哈佛医学院和哈佛牙科学院的研究人员在培养皿中模拟一种罕见的遗传性疾病时,发现了一种新方法可以扭转成熟细胞的生物钟,使细胞返回成体干细胞状态。由此生成的新“干细胞“可在培养基及动物模型中分化为各种细胞类型。新发现发表在《自然-医学》(Nature Medicine)的网络版上。
- I8 m/ L' n3 V1 A, n$ \生物通报道  近日哈佛医学院和哈佛牙科学院的研究人员在培养皿中模拟一种罕见的遗传性疾病时,发现了一种新方法可以扭转成熟细胞的生物钟,使细胞返回成体干细胞状态。由此生成的新“干细胞“可在培养基及动物模型中分化为各种细胞类型。新发现发表在《自然-医学》(Nature Medicine)的网络版上。9 W3 z2 ^/ v2 O- \' z; ^$ s
9 Y# c" }; t+ X9 @( K6 b* }
    “新发现对于推动个体化用药尤其是组织工程学的发展具有重要的意义,”哈佛医学院细胞生物学系教授及哈佛牙科学院院长Bjorn Olsen说。% C2 L$ \, j6 i" c" s

" r' k# a  Z% x" i/ |. u    进行性骨化性纤维发育不良(FOP)是一种罕见的遗传性疾病,目前全球的患者不到1000人。临床表现为急性炎症引起软组织转变为软骨和骨骼。在漫长的几十年病程中,患者身体的各个部分逐渐发生僵化,目前临床对此病征尚无有效的治疗策略。" D. {% a0 b' m( X
% X4 u1 n) x- C! {8 O% S
    哈佛医学院及波士顿贝斯以色列女执事医疗中心的医学系讲师Damian Medici对来自这些患者的病变软骨细胞和骨细胞进行检测时,发现不同于正常的骨骼组织,病变细胞中包含有上皮细胞(一种排列在血管内壁的细胞)特异的生物标记物,这使得Damian Medici开始怀疑在FOP患者软组织中生成的软骨和骨是否有可能起源于内皮细胞。
9 u0 e4 O& w7 s- ?# S, r- G2 t- p8 K0 c: i" l  x) P0 W
    Medici和他的同事们将引起FOP的突变基因导入到正常上皮细胞中,意外地发现上皮细胞转化成了与间充质干细胞或成体干细胞非常相近的细胞类型,这些细胞可以分化为骨骼、软骨、肌肉、脂肪,甚至是神经细胞。研究人员在接下来的试验中证实当不使用突变基因时,用特异的蛋白TGF-β2或BMP4(功能与突变基因效应非常相似)孵育上皮细胞均可有效地诱导细胞重编程。进而Medici证实这些重编程细胞在培养皿和动物模型中均可诱导分化为一些相关的组织类型。6 g+ \7 x! l; v" P5 H. e* g
. Z! K2 H/ s$ A3 B, \
    “我们发现这些新细胞与骨髓间充质干细胞并不完全相同,两者之间存在一些非常重要的差异,”Medici说:“然而新细胞却拥有与骨髓间充质干细胞相同的潜能性和可塑性。”! }) R# c0 J- L9 h2 @- K4 i

" I, @: X& `: Z4 i( l8 W    Olsen 说:“通过这个系统我们简单地重复和模拟了在自然界发生的过程。从这个意义上来说,它相比于当前其他的细胞重编程技术更少一些人为的影响。”
$ G) p/ [7 Z* F1 W# ?2 X5 t% @3 o$ I/ q- O. L+ t5 w7 ]+ O
   “新发现必将推动组织工程学和个体化医疗领域的发展。可以想见或许在某天患者就可以通过获取自身的上皮细胞,将其培养为所需的组织类型进行移植,这样同时还避免了宿主免疫排斥等问题,”Medici和Olsen echo说。
/ w2 H0 f: g# v- [' r9 W: u8 g9 Z$ q7 S% \  a6 i- e0 Z+ z/ O
(生物通:何嫱)

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沙发
发表于 2010-11-23 21:44 |只看该作者
原文:% Q/ Q% F6 G9 X
英语版新闻:$ C" ^0 |5 _( P: S& M  W. M
As debilitating as disease can be, sometimes it acts as a teacher. Researchers at Harvard Medical School and the Harvard School of Dental Medicine have found that by mimicking a rare genetic disorder in a dish, they can rewind the internal clock of a mature cell and drive it back into an adult stem-cell stage. This new "stem cell" can then branch out into a variety of differentiated cell types, both in culture and in animal models.
. ^8 {8 e, i- s, h
% m& I6 [$ G0 i; f3 i$ X"This certainly has implications for personalized medicine, especially in the area of tissue engineering," says Bjorn Olsen, the Hersey Professor of Cell Biology at Harvard Medical School and Dean of Research at the Harvard School of Dental Medicine.
! q+ f0 m' w2 s% i
/ ^8 A& u( t0 I0 t8 E0 S& _  `These findings appear November 21, online in Nature Medicine./ X5 i' z; w1 P; ?

4 P2 `; k; o/ c  h% v% F) x5 iFibrodysplasia Ossificans Progressiva (FOP), which affect fewer than 1,000 people worldwide, is a horrific genetic disease in which acute inflammation causes soft tissue to morph into cartilage and bone. Over the course of a few decades, patients gradually become thoroughly ossified, as though parts of their body have turned to stone. There is no cure or treatment.' `" ]& p" v5 d" c8 T
( w5 W" Q& e" u% V+ g
Damian Medici, an instructor of medicine at Harvard Medical School and Beth Israel Deaconess Medical Center, found that, unlike normal skeletal tissue, the pathological cartilage and bone cells from these patients contained biomarkers specific for endothelial cells—cells that line the interior of blood vessels. This led him to question whether or not the cartilage and bone growing in soft tissues of FOP patients had an endothelial origin." a" D9 r" s' z5 _+ e2 Y- Q& J4 v

. t) O2 t9 e" ]5 J: }) ~Medici and his colleagues transferred the mutated gene that causes FOP into normal endothelial cells. Unexpectedly, the endothelial cells converted into a cell type nearly identical to what are called mesenchymal stem cells, or adult stem cells that can differentiate into bone, cartilage, muscle, fat, and even nerve cells. (Embryonic stem cells have the potential to become any type of cell, whereas adult stem cells are limited.)
% O8 s0 C5 W' h  ^& s# Q
) M# {) a& A- s/ n+ d. j( qWhat's more, through further experiments the researchers found that instead of using the mutated gene to induce the transformation, they could incubate endothelial cells with either one of two specific proteins (growth factors TGF-beta2 and BMP4) whose cellular interactions mimicked the effects of the mutated gene, providing a more efficient way to reprogram the cells.
3 Q( s6 R1 S- ^5 q. a+ R8 {& |- ?9 Z. p6 D, G1 t8 w
Afterwards, Medici was able to take these reprogrammed cells and, in both culture dishes and animal models, coax them into developing into a group of related tissue types.0 }, D# p( l8 c; Q9 R) Y

2 `( d/ ], p: `6 A0 F"It's important to clarify that these new cells are not exactly the same as mesenchymal stem cells from bone marrow," says Medici. "There are some important differences. However, they appear to have all the potential and plasticity of mesenchymal stem cells."4 F. q! z5 t, e" @+ ~$ W/ f

& q1 k! M( l6 g$ O7 ["The power of this system is that we are simply repeating and honing a process that occurs in nature," says Olsen. "In that sense, it's less artificial than other current methods for reprogramming cells."" S3 V+ L8 {' @

6 j0 H7 _! C. \6 [8 wAccording to study collaborator Frederick Kaplan, Isaac & Rose Nassau Professor of Orthopaedic Molecular Medicine at the University of Pennsylvania School of Medicine and a world expert on FOP, "While we want to use this knowledge to stop the renegade bone formation of FOP, these new findings provide the first glimpse of how to recruit and harness the process to build extra bone for those who desperately need it."; |' K% I9 ]* }$ s5 e
* q* @4 O# x* D8 J
Medici and Olsen echo this, stating that the most direct application for these findings is the field of tissue engineering and personalized medicine. It is conceivable that transplant patients may one day have some of their own endothelial cells extracted, reprogrammed, and then grown into the desired tissue type for implantation. Host rejection would not be an issue.
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藤椅
发表于 2010-11-24 14:02 |只看该作者
本帖最后由 sunsong7 于 2010-11-24 14:05 编辑
! e3 B6 o+ Q5 W
8 Q! N8 a2 D9 w+ G- J/ A2 kiPS备受诟病,如果有一天能够绕开基因导入步骤,使用小分子细胞调控、miRNA开启转分化开关或siRNA关闭起始组织基因表达实现转分化,效率和成本达到可接受的程度,体外操作过程足够简单、细胞世代数足够少的话,转分化技术将可能有临床应用价值。
; X$ n/ U  R/ U, w- W+ t$ `3 ?但是,毕竟转分化只是给成体细胞穿上不同工种的外套,而这些成体细胞本身在体内时已经进入程序死亡步骤,没有历过减数分裂的细胞遗传上不是那么稳定身体不再年轻,别让人家太累啊!
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crystal + 1 + 2 希望早日能引用 到临床中来,让更多的病人得 ...
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板凳
发表于 2010-11-24 22:13 |只看该作者
干细胞之家微信公众号
回复 5# sunsong7
, K1 X3 s' \" W2 u" Y# u: ]
+ ?& d- m) l9 u. P我同意您的观点。$ t3 D7 A5 x* p) p  `
在植物里细胞具有全能性,体细胞都类似于全能干细胞。而且低等动物成体存在全能干细胞。因而人们尝试努力是否能获得人的成体全能干细胞,并应用于临床。! e# q/ M! ^2 \" @+ Z
关于ips的争议很多。主要牵扯到了成体中体细胞和干细胞转换的问题。
8 D' z+ m9 O1 ^, B6 m8 @( zips尝试体细胞人工诱导得到全能干细胞。实际跨越了两大步。+ k  `/ O) F* Y6 R7 d( W  I3 h0 }
体细胞→               多能干细胞→                  全能干细胞。
, y+ T3 T( Z. A2 _7 |: [5 t& u              (哺乳类成体存在)   (哺乳类成体不存在,涡虫等低等动物存在)' f+ j8 @* y& c- _6 d
第一步等同于哺乳动物胚胎发育组织和器官分化的逆向,第二步等同于胚胎早期卵裂细胞分化的逆向。) C9 m8 i+ E( h4 {/ ?8 Q
而这二步,刚好与由低等动物到高等动物进化方向的相反。
& C1 m& V2 q  x$ L! c, z0 N- y由此,我个人认为,可以换个思维,从动物进化的主干类群,低等动物如水螅,涡虫入手,考虑其与高等动物干细胞的异同。或许能给哺乳动物ips研究有新的启发。# v7 \) f& B  C. c2 O3 |" N; Z- G
  U, U" v3 J5 r9 ?
从进化角度去理解干细胞潜能。
$ }' s4 t" W+ Y/ I: x1.植物每个细胞都有全能性,可以由一个细胞组织培养发育为一个个体。7 _" @: Y. E% C' J
2.在低等动物成体里,按分化潜能可以分为两类细胞,一类是体细胞,另一类是增殖细胞。
1 {# m% x5 L, }2 j* }6 Q如水螅和涡虫。它们增殖细胞的特点是具有分化所有组织细胞的潜能。如涡虫的neoblast可以不仅参与组织再生,也可以分化为生殖细胞。neoblast→ 生殖细胞,neoblast→ 体细胞。: G" ?2 [: `( H* R( }" |
但目前人们还无法使得单个neoblast能够发育为一个涡虫。  N9 i( ^$ u! Q" U1 B1 W4 F4 a- [, t
3.在哺乳动物成体,则是多能干细胞和专能干细胞。(全能性细胞仅存在与生殖细胞中)。多能干细胞→ 体细胞。" P& `) x8 G* W6 x7 O( P
2 l5 B  L9 \* ~1 l" ~
从动物进化看一些干细胞标记基因的演变。
4 k. a8 _  P; c% m1.植物酵母无vasa,piwi和boule;
0 @3 ~% @4 L& J" f% ~2.低等动物成体中干细胞都有vasa和piwi基因的表达,雌性生殖细胞具有vasa,雄性生殖细胞具有boule基因。$ D, I1 p0 u: J& }8 f: a6 P9 b  k
3.在哺乳类,生殖细胞的基因未变,但是成体里干细胞则无vasa表达了。, r5 Q, M! I$ J1 u, t3 e
(piwi,vasa都是熟知的基因,boule基因可以查看帖子:http://www.stemcell8.cn/thread-30599-1-1.html. d. f# M' G3 w: v  j! D

) M0 @: t' v. }; f因而从植物细菌到低等动物,再到哺乳类。这一条轴线来看,成体中干细胞的分化潜能是逐级降低的。体现在基因上,vasa基因可能对ips是个很有意思的问题。
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sunsong7 + 1 + 2 我很赞同

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报纸
发表于 2010-11-25 08:15 |只看该作者
很好:)很赞同楼主观点:)我也有同感!但是个人感觉随着进化 进化越高 再生能力越差 3 h- y; p- l6 O& w
但是是决定再生的关键基因丢失那?还是进化了许多抑制基因!个人认为,没有丢失 ,而是多了很多抑制再生或干性的基因:)# y* Q1 ^, s0 p3 z4 H
非常感谢 您的观点!受益匪浅!
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地板
发表于 2010-11-25 09:29 |只看该作者
回复 5# woaiIPS 3 p' z, [3 ?0 m& a  z* c+ `

# O( F5 y2 {( J
; O5 a) B7 A6 W# Q5 o1 P( C+ P$ A  ?    我觉得这些基因未必是进化的,也行是已经设计好的,在漫长的生命演变中发生微调。
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发表于 2010-11-25 09:36 |只看该作者
回复 5# woaiIPS   J" z# F; Q9 s6 N% O

9 ]% K; h1 O; W6 W动物进化,再生或干细胞的关键基因没有变,但是多了很多抑制的基因。我很赞同您的观点。' m7 r. R4 K0 [. u- @/ `, o

$ j2 w; f7 f, U对于干细胞进化来看,目前比较好阐释的是干细胞p53和p21的进化的例子。: S4 z; v' G& u
1.涡虫。涡虫体内是有p53无p21的。p53涡虫干细胞有双重功能,一则抑制肿瘤,二则对干细胞增值是必须的。
% k1 K/ k/ s* m4 C$ z! ^7 s' _2.线虫果蝇虽然有p53,但是他们只参与DNA修复,还没有报道是干细胞增值必须的。0 I& N; d1 ?6 B4 b
而果蝇已经有p21。. b/ V$ [6 m- y, ]4 O+ \2 M
3.哺乳类,具有p53和p21。而且除了抑制肿瘤、对干细胞增值必须的,以及DNA修复,还有其他功能。
9 t6 J- }* J6 m; V' e' m, _8 i3 Q' G) K由此,p53的祖先的特征可能就是促进干细胞增值同时又抑制肿瘤。是把调控干细胞的双刃剑。从两侧对称动物开始,到最后的哺乳类干细胞中都保留了下来。(当然期间像线虫和果蝇可能是进化侧枝,尤其是线虫,完全丢失了再生功能)# j4 ?5 R9 k6 V* W- m
: M- k3 J2 |8 \1 m% L6 @+ y
关于涡虫p53和p21全文2010年《Development》查看帖子,去下载http://www.stemcell8.cn/thread-30684-1-1.html
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发表于 2010-11-25 09:44 |只看该作者
当然现在还存在一个特例,就是为什么低等动物干细胞跟生殖细胞一样有vasa表达。5 `1 z. @3 y! r+ a
但是到了哺乳动物成体,vasa仅仅在生殖腺表达。这一基因演化机制还不清楚是怎么回事。7 Q2 r3 ~; K0 H( ~* {. G: D6 H) Q
也不排除是干细胞在演化过程中丢失了这个基因。/ s3 l8 H5 W' h+ T; \
丧失了由 哺乳动物成体干细胞→ (转变)生殖细胞 的能力。( c# X4 b5 D! ?) K  G0 u. ~
当然也就可以理解哺乳动物成体干细胞由此丧失了全能性,变成了多能或专能干细胞。
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发表于 2010-11-25 10:44 |只看该作者
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