细胞重编程研究新突破:非哺乳类动物重编程

2013-9-09 15:50 来源: 生物通
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  将已分化的细胞重编程,令其恢复多能性是一项重要的科学突破,这一成果也因此荣获了2012年诺贝尔生理/医学奖——两位科学家因证明“成熟细胞能被重编程恢复多能性”站在的科学的最高领奖台上。不过到目前为止,这种多能性重编程应用主要还是限制在哺乳动物中。

  近期一组研究人员在9月3日的eLife杂志上发表最新成果,证明了非哺乳类动物的几种模式生物:斑胸草雀,鸡,斑马鱼和果蝇的细胞能通过重编程诱导出多能性来。不过研究人员也指出,这些细胞只部分重编程,因此并非诱导多能干细胞(iPSC),文章第一作者Ricardo Rossello说,“这些细胞具有干细胞的一些表型特征。”

  来自美国波多黎哥大学的这一研究组主要从事的是鸣禽发声方面的研究,他们一直在寻找能从这些动物中收集干细胞的方法。“但是,谁也能从斑胸草雀中分离得到干细胞”。因此研究人员决定尝试创建干细胞。

  此前的研究证明,在人类和其他哺乳动物细胞中,通过4个基因的过表达就可以将皮肤细胞或者其分化细胞重编程为多能细胞。

  虽然这些相同的基因在雀类中的同源性并不高,但是Rossello表示,这些基因编码的蛋白参与了转录调控,DNA结合结构域的一部分也是很相似的。因此研究人员决定着手干,他们将携带了4个小鼠重编程因子的病毒载体,插入到了斑胸草雀的胚胎成纤维细胞中。

  研究人员本来认为他们可能只是会发现一些重编程途径,“但令人惊讶的是,利用相同的哺乳动物基因,我们不仅完成了过表达,而且也进行了重编程……转化细胞中出现了大部分干细胞表型”,Rossello说。

  这些细胞具有干细胞的聚集形态,并且能表达干细胞抗原-1,Rossello和他的同事们通过生成胚胎给他,和所有三个胚细胞谱系,在体外证明了多能性。同时他们也进行了体内实验,发现重编程鸟类的细胞能形成畸胎瘤,其中包含睾丸被注射细胞的部分小鼠细胞。来自佐治亚大学,完成鹌鹑细胞重编程的 Steve Stice教授表示,“除了嵌合体后代,畸胎瘤​​是最有说服力的实验证明。”

  在斑胸草雀中获得成功后,Rossello研究组在鸡和斑马鱼的成纤维细胞中重复了相同的重编程实验,取得了类似的结果。他们还将重编程鸡和斑马鱼细胞注入到胚胎中形成了嵌合体,其中一些获得了成功,不过相比于对照组,死亡率较高。

  此后研究人员又转向了无脊椎动物,研究人员利用小鼠的重编程因子转染,形成了果蝇S2细胞的类似干细胞的细胞群。来自在西奈山医院的干细胞研究员 Thomas Zwaka对这些成果表示惊叹,“这十分有趣,当你把转录因子插入到本该没有应答的细胞中(因为这些细胞中不存在这一系统),但是结果却出乎意料。”

  目前这一研究小组正在努力进行程序优化,希望能诱导特定的细胞类型。“体细胞重编程可以在各种模式种类中实现,这将有助于干细胞获取,以及早期发育阶段的研究,”相关研究人员表示。而且如果这种方法能用于任何动物,那么也有助于动物保存。

  Zwaka还补充道,即使这还不是真正的iPS细胞,但是这一研究结果令人鼓舞。