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本帖最后由 细胞海洋 于 2014-7-26 21:52 编辑 ; P0 _3 X% K* g0 e0 S* L# z
0 }$ }. H- y- }2 G% v* t& uNature：完美的重编程细胞在哪里？
4 \ B# K. |0 W. j1 Y2014-07-25 1 来源：lifeomics 作者：筱玥 . L; r+ B. S) P
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目前，有两种方法可以通过对成熟细胞重编程，将其转化成为多潜能干细胞，从而获得人体中存在的各种类型的细胞。有研究者对两种方法进行了全面比较，发现两种方法都会导致一些微小的分子缺陷的出现。
# {* V% ]5 x- b9 {$ ]$ v; r其在构建疾病模型及提供有效治疗方面有着极为光明的应用前景，多潜能干细胞一直是研究领域的热门。多潜能干细胞具有分化成为几乎所有细胞株类型的潜能。研究者尤其对来源于患者的多潜能干细胞研究感兴趣，因为这些细胞与患者自身的细胞在遗传上是匹配的，从而降低了被患者免疫系统排斥所产生的风险。在过去十年中，研究者采用两种不同的细胞重编程方法，成功获得了患者来源的多潜能干细胞：方法一：克隆法；方法二：加入“转录因子鸡尾酒”，将已分化细胞采用直接重编程的方法获得诱导性多潜能干细胞。但是，两种方法所获得的细胞之间有哪些分子差异，我们一直不清楚。Ma及其同事在其研究结果中，阐明了两种来源的细胞间的差异，并为细胞重编程方法的改进奠定了基础。
0 n& j0 r2 B7 v9 N1 j诱导产生的多潜能干细胞是一项很有吸引力的技术，因为诱导性多潜能干细胞（iPS）可以直接来源于患者。但是，把iPS和来源于正常胚胎形成过程中的多潜能胚胎干细胞（ES）进行比较，会发现人类iPS细胞并没有进行完全重编程，而且与胚胎干细胞之间存在着表观遗传学差异（表观遗传学标志是一种不需改变DNA序列，就可以对基因表达产生影响的基因组修饰现象）。如果我们想要进一步优化iPS细胞重编程的技术，就需要去了解产生上述差异的原因。
& Q( w8 _2 F. J克隆技术——也被称作体细胞核转移（somatic cell nuclear transfer, SCNT），需要将来自成熟供体细胞的细胞核转移到一个细胞核已经被取出的卵细胞内。由此而获得的多潜能细胞，被称作核转移ES（NTES）细胞，这些细胞在遗传上与患者相匹配，接下来将和卵母细胞一样进行发育，进而形成胚胎。目前，我们已经可以做到从成体细胞获得患者特异性的NTES细胞了。尽管SCNT避免了加入可能导致癌症的转录因子（这是iPS细胞的一大问题），但是此方法在技术上的难度很大。此外，该方法还需要有卵子来源，并对卵子进行操作，这会引发一系列有关健康、安全及伦理上的问题。
' \; S* A3 I& j6 ^; tMa等人对iPS细胞和NTES细胞进行了全面的分子水平分析，两类细胞来源于相同的成熟细胞株，因此在遗传上是相匹配的（图.1）。他们把重编程细胞和体外受精（in vitro fertilized, IVF）胚胎干细胞相比——这些干细胞株来源于IVF所产生的胚胎，因此并未经过重编程过程。用于获得IVF ES细胞的卵子以及用于获得SCNT的卵子来自于同一个供体。
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4 E, `$ q# ?# O& Q9 f4 l2 R. c图1 获得干细胞的不同技术间的比较。
2 Q7 J& \: z% ?) A目前，我们可以采用三种不同方法，在体外获得多潜能干细胞。3 U8 T; {1 D, |) J
a，来源于成熟细胞的诱导性多潜能干（iPS）细胞，通过直接加入“转录因子鸡尾酒”而实现。$ z' v6 j* Z4 M0 A3 w
b，体细胞细胞核转移（SCNT）技术，卵细胞内的细胞核被来自成熟供体细胞的细胞核所取代。这种杂合细胞发育形成胚胎时，所形成的多潜能干细胞被称作核转移胚胎干（NT ES）细胞，可以从胚胎内层细胞团内提取。
# D/ n1 B: s2 \/ W9 pc，来自体外受精（IVF）的胚胎可以产生IVF ES细胞，也同样可以从胚胎的内层系抱团提取到。Ma等人对SCNT和iPS细胞进行了全面的分子差异研究，并将其与未经重编程的IVF ES细胞进行比较。. [& ~6 j. s6 J! y1 o; F
首先，研究者主要集中在鉴别三种细胞类型间在基因复制或缺失（被称为拷贝数变异）上的差异。平均来说，他们在每个iPS细胞株内可检测到两个拷贝数变异，但这与NT ES或IVF ES细胞相比，并没有显著增高。此外，Ma等人发现，有高达30%的iPS细胞不存在可鉴别出的遗传异常，表明拷贝数变异并不总是出现在iPS细胞重编程中，而且可以较高效地获得此类细胞株。尽管在目前的研究中并未对个体核苷酸序列是否存在遗传变异进行分析，但从目前的研究结果看，我们应该进行相应的测序研究，以确保iPS和NT ES细胞株内不存在变异。
6 W) ~+ r+ Z: a' Z7 v接下来，Ma等人对各细胞类型的DNA甲基化进行了研究，DNA甲基化是一种具有调节基因表达功能的表观遗传学修饰现象。经过完全重编程的胚胎干细胞所携带的甲基化标志数量应该与IVF ES细胞所携带的数量是一样的。通过全基因组分析，研究者发现NT ES细胞的甲基化标志数量与iPS细胞更为近似。iPS细胞内未发现有任何在NT ES细胞内不存在的基因异常，但是甲基化模式还是有许多不同之处。; h; { s' @ D1 c: m* m
最后，研究者对三种细胞类型的转录差异进行了研究。他们发现在iPS细胞中，一种不完全的去甲基化模式与异常基因转录相关。NT ES细胞与IVF ES细胞在这一方面还是更为相似，尽管在两种重编程细胞类型中，某些转录改变都十分明显。5 E) d5 _% X. ^4 g& S2 Y8 H* s
重编程细胞之间所产生的表观遗传学差异的基础到底是什么？与iPS细胞相比，SCNT方法内由卵细胞决定的重编程过程更加自然。这也许解释了为何在NT ES细胞内的DNA甲基化模式更加正常的现象。不过，值得注意的是，研究者在某些较小的基因组区域内，检测到了NT ES细胞特异性的DNA甲基化缺陷。绝大部分NT ES细胞内的异常甲基化都可归因于不完全重编程，使得成熟细胞的表观遗传学痕迹得以保持。与此不同的是，大部分出现在iPS细胞内的甲基化异常都是由于在重编程过程中，异常加入的甲基基团所导致的。显然，两种重编程方法都不是完美无缺的。. L& ?. G) H6 {2 j2 j" O3 V
这些发现都十分有趣，而又引人注目，想要进一步地阐明个中道理，今后的研究必须对更多来源的成熟细胞重编程过程进行分析。想要更好地了解不同的重编程技术，各自会带来怎样的表观遗传差异，就必须进行上述研究。采用不同“配方”的“转录因子鸡尾酒”，可能会提高iPS细胞的质量——已经有研究表明，在获得小鼠iPS细胞的过程中，改变转录因子组合或者调整其数量，可以影响细胞表观遗传学的性质。$ o+ y. p1 q4 k- N7 J: W B
此外，还有一个重要的发现：采用SCNT方法时，想要提高重编程的质量，有可能可以通过下述方法——采用组蛋白去乙酰化酶抑制剂进行处理，从而使重编程进行更加容易，这是因为该酶可以防止某些表观遗传学标志被去除，从而促进染色体松解。当然，我们还可以尝试一下最近有学者提出的非传统方法，改变细胞生长的环境（从而改变人多钱恩呢干细胞的表观遗传状态，使其回复到生长更早期的阶段），看一看是否可以减少目前细胞重编程的方法所带来的缺陷。# W9 }* ]% O6 L/ [3 O
总而言之，有大量的因子可以参与细胞重编程，并在体外进行扩增，而且每个因子都会以不同的方式对细胞的表观遗传学及其它性质产生影响。这一复杂性打破了人们想要定义和获得“完美”干细胞的梦想。Ma及其同事的重要研究结果可能会促使科学家及临床医生们开始思考，调整他们追求“完美”的思路，转而为获得充足、低价、安全的干细胞而努力。* e% q B1 G0 C/ h
原文检索：
- ]- V' U: E/ I! C$ J& E T8 M* WVladislav Krupalnik & Jacob H. Hanna. Stem cells: The quest for the perfect reprogrammed cell. Nature, 10 July 2014; doi:10.1038/nature13515
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4楼原文 感谢genedu 提供 |
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发表于 2014-7-25 15:54
发表于 2014-7-25 17:58
