作者:黄辛 来源:中国科学报 发布时间:2017/11/27 9:31:07
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生化细胞所
科学家创建更为精准的谱系示踪技术

 

本报讯 中科院生物化学与细胞生物学研究所研究员周斌研究组在一项最新的研究中将Dre-rox同源重组系统引入到传统的基于Cre-loxP同源重组系统的遗传谱系示踪技术中,有效地规避了由于Cre表达的不特异性而导致的非特异性(“异位”)同源重组。相关研究成果日前在线发表于《自然—医学》。

据介绍,目前,体内的细胞谱系示踪技术主要基于Cre-loxP 同源重组系统。Cre在特性基因的启动子驱动下,表达在特定的细胞类群中,当Cre小鼠与含有loxP位点的报告基因小鼠交配时,Cre 通过识别loxP位点,将两个loxP位点之间的终止序列切除,从而使含有Cre 的细胞类群表达出报告基因。由于这种切除是位于基因上的,从而是永久性的和不可逆的,因此,所有表达Cre的细胞类群及其后代(无论是否表达Cre)都将永久地被报告基因蛋白标记上,因此,利用该细胞追踪技术可以解析特定细胞的起源和命运。

“尽管基于Cre-loxP系统的遗传谱系示踪技术是研究细胞命运可塑性的强大利器,但是它本身也存在着技术瓶颈。”周斌表示,该技术的准确性主要依赖于Cre表达的特异性,如果有微量的Cre表达在了非靶向细胞中即为所谓的异位表达,那么谱系示踪结果的可靠性将大大降低,而这也成为了近年来很多科学问题出现争议的主要原因之一。

为了解决这一技术瓶颈,何灵娟博士等在周斌指导下开发了一种新的谱系示踪技术称之为DeaLT。该技术将Dre-rox同源重组系统与传统的Cre-loxP同源重组系统结合起来,Dre-rox 在可能引起Cre异位表达的细胞中将loxP位点切除掉,从而有效地阻止了Cre-loxP的异位同源重组,增加了Cre-loxP介导的谱系示踪结果的准确性。该系统包含两种策略,分别是DeaLT-IR 和DeaLT-NR。DeaLT-IR策略适合组成性Dre与诱导性Cre相结合,而DeaLT-NR策略适合诱导性Dre和诱导性Cre相结合。

据悉,该系统创建成功后,研究人员首先利用DeaLT-IR策略解决了成体心脏c-Kit+心脏干细胞的问题。该科学问题存在争议的主要原因是c-Kit 异位表达在心肌细胞中,传统的示踪技术利用Kit-CreER无法做到单纯示踪非心肌中的c-Kit+干细胞,而利用DeaLT系统阻断了心肌细胞中Kit-CreER的同源重组反应,成功地实现了非心肌细胞中c-Kit+干细胞特异性的遗传谱系示踪。研究结果发现,c-Kit+干细胞在成体心脏生理稳态和损伤修复过程中均不会分化形成心肌细胞,主要通过血管新生参与心脏修复。

同时,利用DeaLT-NR系统解决了肝脏领域有关Sox9+肝组细胞能否转分化形成肝细胞的争议问题。Sox9除了表达在胆管上皮细胞中还少量地表达在了肝细胞里面,传统的谱系示踪技术利用Sox9-CreER标记了胆管上皮细胞和一部分肝细胞,因此很难判断损伤后Sox9-CreER标记的新生成的肝细胞到底来自哪一部分。DeaLT技术实现了Sox9+胆管上皮细胞中特异性的遗传谱系示踪,结果发现在肝脏生理稳态和损伤修复过程中Sox9+胆管上皮细胞并不会转分化形成肝细胞。(黄辛)

《中国科学报》 (2017-11-27 第5版 创新周刊)
 
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