作者: 来源:中科院上海生命科学研究院 发布时间:2009-8-19 11:02:48
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羊水细胞高效快速重编程为诱导多能干细胞成为可能
 
中科院上海生命科学院/上海交大医学院健康科学研究所研究员金颖所率干细胞研究组与上海新华医院的陈方教授合作,从孕妇产前诊断的羊水细胞中高效快速地建立了诱导多能干细胞。
 
博士生李春亮等在金颖的指导下发现羊水细胞中一部分特殊类群(即高表达NESTIN, VIMENTIN and GATA4,不表达OCT4, SOX2, NANOG and TRA-1-60)在病毒介导的四因子诱导下,感染后第二天发生形态上的剧烈变化,第四天出现人胚胎干细胞类似形态的克隆,第六天可以机械法挑选后进行建系。经过统计发现,AKP阳性的未分化克隆形成率最高可达到1.525%,有趣的是,当减少因子C-MYC后,三因子同样可以在第四天诱导出iPS克隆,只是AKP阳性的未分化克隆形成率稍低,从三个独立的病人样本中,均能够稳定高效的诱导出iPS细胞,提示这群细胞高效发生重编程具有普遍性。对建立的八株人类诱导多能干细胞进行进一步的鉴定发现,这些细胞能够长期在体外稳定传代并保持46XX核型,维持自我更新,蛋白和mRNA水平高表达全能性的标志基因,如OCT4, NANOG, SOX2, SSEA4, TRA-1-60等,AKP染色呈强阳性,甲基化PCR联合测序法对OCT4的启动子进行分析后发现,在未分化的iPS细胞和阳性对照人胚胎干细胞中,OCT4的启动子呈现低甲基化,而在供体羊水细胞和阴性对照人包皮成纤维细胞中则呈现高度甲基化。STR分析结果证明这些诱导多能干细胞的确来自于对应供体的羊水细胞,有趣的是,全基因组表达谱扫描结果提示,研究人员所得到的羊水细胞在表达谱相关性上和人胚胎干细胞非常相似,correlation coefficient达到0.8866,这可能是它高效被重编程的原因之一。
 
诱导多能干细胞的主要应用是分化和细胞移植,研究人员尝试了体外和体内的分化实验,在悬浮类胚体和实验中,科学家能得到典型的中、外、内胚层形态细胞,RT-PCR检测到了各个胚层标志物的表达,定向诱导向神经外胚层的分化中,诱导35天后,研究人员得到了高纯度的神经前体细胞。在体内畸胎瘤实验中,注射未分化的诱导多能干细胞到免疫缺陷小鼠三个月以后能够得到良性的畸胎瘤,切片分析能找到形态典型的肌肉,肠管,神经上皮,软骨,肺上皮等三胚层来源组织或者细胞,而对照细胞即起始羊水细胞注射的各组均未发现畸胎瘤。
 
综上所述,该项研究第一次发现孕妇产前诊断的羊水细胞中高效快速建立了诱导多能干细胞,重编程所发生所需要的时间(6天)为人类诱导多能干细胞相关报道最短,减少了在这个过程中细胞发生变异的可能。也为重编程的机制研究以及基于新型技术探讨重编程的研究提供了理想的细胞来源。
 
该成果于8月13日在线发表于国际权威杂志《人类分子遗传学》(Human Molecular Genetics)。
 
背景资料:
 
诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS cells)是利用病毒在体将四个转录因子(Oct4, Sox2, Klf4 and c-Myc)的组合转入分化的体细胞中,使其重编程为类似胚胎干细胞的一种细胞类型。iPS细胞同样具有自我更新和分化的全能性,从日本科学家Shinya Yamanaka于2006年第一次发现这一技术到现在,科学家已经成功从小鼠,大鼠,猕猴,猪和人的体细胞中诱导并获得iPS细胞,而且诱导技术也产生了巨大的革新,减少外源转录因子,使用非整合病毒,质粒法等等都能够产生iPS细胞,最近,有报道称利用纯蛋白的方法也可以获得iPS细胞。iPS技术具有巨大的潜在应用价值,利用iPS技术能够获得病人或者疾病特异的多能性干细胞,这样可以避免移植过程中的免疫排斥问题,也绕开了人类胚胎干细胞研究所带来的伦理问题。此外,掌握疾病特异性iPS细胞向相应疾病中的功能细胞定向诱导的技术方法,以此作为模型研究这些疾病的发病机制,利用以上疾病模型,对现有药物做出个体化的评估,并发现新的治疗靶点和筛选新的药物,将为这些重大性疾病的基础和临床研究开辟新的研究方法和技术平台。但是关于人类诱导多能干细胞的研究还处于起步阶段,所采用的供体细胞还仅仅局限在人包皮成纤维细胞,表皮细胞,毛囊细胞等少数细胞类型,更为棘手的是,这些细胞被重编程为iPS细胞所需要的时间比较长(16-35天),效率很低,这大大增加了在这个过程中细胞的变异风险。因此如何找到一种理想的人类体细胞来源是所有科学家都重点关注的问题。
 
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