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创造iPSC细胞,只需三种关键因子 | Cell子刊

2006年,日本京都大学山中伸弥教授及其合作者在Cell杂志上[1]发表的一项成果震撼了干细胞研究领域。他们发现,向小鼠成纤维细胞中引入Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4这四种转录因子可使这种完全分化的成熟细胞重编程为诱导多能干细胞(iPSCs,具有分化成多种细胞类型的潜能)。

 

自那以后,业界很多研究团队一直在使用山中伸弥教授的方法来生产iPSCs细胞。不过,虽然过度表达这四种转录因子能够可靠地造出iPSCs细胞,但也会产生计划之外的效果,比如,使某些细胞癌变。因此,这十多年来,科学家们也在不断调整iPSCs细胞的诱导因子组合,并更好地理解每个因子的作用。

 

图片来源:Cell Stem Cell


 

先前,由于没有任何人能够在不过表达Oct4的条件下成功生产出iPSCs细胞,因此大家认为,Oct4是“山中伸弥四因子”中最关键的一个。不过,11月7日,最新发表在Cell Stem Cell上的一项研究[2]却驳斥了这一观点。

 

来自德国Max Planck分子生物医学研究所的Hans Schöler团队发现,Oct4并不是产生iPSCs所必需的。从“山中伸弥四因子”中去除Oct4尽管会降低诱导iPSCs产生的效率,但被诱导出来的iPSCs质量却更好。

 

四年前,Hans Schöler实验室的研究生Sergiy Velychko开始研究Oct4在产生iPSCs中发挥的作用。他使用载体向小鼠胚胎成纤维细胞中引入编码Oct4的基因的各种各样的突变,同时还使用了阴性对照——不递送任何Oct4基因的载体。结果,Velychko震惊地发现,即使使用阴性对照,他也能产生iPSCs细胞。这表明,只借助“Sox2、c-Myc和Klf4”这三种转录因子就能产生iPSCs是可能的。

 

Sox2、Klf4和cMyc三因子组合可重编程细胞的多能性(图片来源:Cell Stem Cell)

 

之后,为了验证这一发现,Velychko及其同事Guangming Wu将“山中伸弥四因子”的不同组合引入他们的目标细胞。结果发现,与利用“山中伸弥四因子”诱导iPSCs相比,利用“Sox2、c-Myc和Klf4三因子组合”诱导iPSCs的效率大大降低,“三因子”的诱导效率是“四因子”的30%,不过,经“三因子”诱导产生的iPSCs细胞质量更高。

 

从“四因子”中删除Oct4提高了iPSCs的质量(图片来源:Cell Stem Cell)

 

接下来,Velychko等还对经“三因子”诱导产生的iPSCs的质量进行了验证。他们开展了所谓的“四倍体互补试验”。在该试验中,iPSCs被注入一个早期胚胎中,这一早期胚胎是经处理获得的四倍体胚胎,其特征是本身无法发育为一个功能完全的胚胎。如果注入iPSCs细胞的四倍体胚胎最终能够发育为一个完整的小鼠幼仔,表明被注入的iPSCs“质量很好”,能够在动物体内发育成各种类型的细胞。

 

实验结果显示,与经“四因子”诱导产生的iPSCs相比,经“三因子”诱导产生的iPSCs发育成正常小鼠幼仔的几率要高20倍,这表明,从细胞重编程“四因子”中去除Oct4可大大改善iPSCs的多能性。

 

小鼠好Q啊(图片来源:Cell Stem Cell)

 

耶路撒冷希伯来大学未参与该研究的干细胞研究者Yossi Buganim表示,效率并不是最重要的,因为,如果iPSCs质量太差,最终分化的细胞癌变的几率就会很高。同时,他也强调,Velychko等的发现还需要在人类细胞中进行验证,因为他的团队曾经开发出了在小鼠细胞中能够很好发挥作用的创造iPSCs的方法,但同样的方法在人类细胞中完全无效。

 

山中伸弥教授对这一新发现也非常感兴趣。他在接受The Scientist采访时表示,其团队肯定会在其它细胞类型,尤其是成熟的人类血细胞和皮肤成纤维细胞中尝试这种方法。“如果这种‘三因子组合’在成熟的人类细胞中也能发挥作用,那么它将成为促进iPSCs细胞临床应用的巨大有利条件。”他说。

 

参考资料:

1# Oct4, Considered Vital for Creating iPSCs, Actually Isn’t Needed(来源:The Scientist)

2# 四倍体补偿实验(来源:百度百科)

 

相关论文:

[1] Kazutoshi Takahashi et al.Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors.Cell(2006).

[2] Sergiy Velychko et al. Excluding Oct4 from Yamanaka Cocktail Unleashes the Developmental Potential of iPSCs. Cell Stem Cell(2019).