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Cell Stem Cell:癌细胞与分化细胞之间的microRNA存在显著差异

来源:不详 2010-12-14 09:17

近日由美国加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)的科学家领导的一个科研小组称他们取得了一些关于干细胞生物学机制方面的重要研究成果,研究论文发表在著名的Cell Stem Cell 杂志上。

干细胞生物学作为一门新兴的科学近年发展迅速,在世界范围内掀起了一波又一波的研究热潮,同时为突破人类各种难治性疾病例如器官损伤带来了巨大的希望。然而科学家们在为干细胞研究成果感到欢欣鼓舞的同时,也仍然对其存在一些忧虑。干细胞真正地进入到临床还有许多的障碍必须克服,其中包括在修复器官的同时是否还存在着致癌的可能性。

这项具有重大意义的跨学科性研究是由加州大学圣塔芭芭拉分校的神经生物学家、物理学家和哈佛医学院、加州大学洛杉矶分校各分医学院以及耶鲁大学干细胞中心的科学家们一同协作完成。

文章的两位第一作者分别是来自UCSB神经科学研究所(NRI)和弗里理论物理研究所(Kavli Institute of Theoretical Physics ,KITP)的Pierre Neveu以及NRI、细胞和发育生物学系(MCDB)和干细胞生物及工程学中心的Min Jeong Kye。

“该项研究的核心主要是针对干细胞的多能性,”论文的资深作者Kenneth S. Kosik说道。Kosik是加州大学圣塔芭芭拉分校细胞与发育生物学系的教授、神经科学研究所主管、神经科学研究负责人以及专攻阿尔茨海默病的一位临床执业医师。

另一方面,它们还能够分化形成人体内各种类型的细胞,并最终形成各种组织和器官,”Kosik说:“科学家们知道人类内有许多细胞都具有转化为多潜能细胞的潜力。而驱动这一改变的最大因素就是转录因子。利用这些转录因子进行试验操作,我们能够逆转干细胞向分化细胞转变的过程,并可利用已分化的细胞例如人体的皮肤细胞来生成干细胞。”

有一段时间Kosik和他的研究小组一直从事microRNAs研究。Kosik 说:“要想真正地理解microRNAs,第一步就是要记住生物的中心法则即DNA为转录RNA提供模板,而RNA最终翻译形成蛋白质。然而不同的是microRNAs在进入RNA阶段时就停止了脚步 ,而不会翻译形成蛋白质。”

Kosik认为科学家们用何种方法生成或获得用于研究的干细胞其实无关紧要,但重要的是他们必须获得的是真正的人类胚胎干细胞(HESC)或诱导多能干细胞(iPSC)。然而的研究人员发现所有的多能干细胞都是不同的,无论这些细胞的起源方式如何这些差异都普遍存在。那么要如何能够知道获取的干细胞的特性呢?Kosik为我们揭开了这一答案:即通过microRNAs进行检测。

Kosik说:“当通过显微镜观察到肿瘤时,也许你不能确定它是否是肿瘤。又或者你从大脑中获得了这个肿瘤时,你也无法知道它是一种脑肿瘤或是从身体其他地方转移来的肿瘤。你通常不能确定细胞的类型。而当你在microRNA水平上进行观察时,你就能真正地了解你所获得的细胞的类型。”

“microRNAs会告诉你一切,”Kosik说道:“它们能够帮你区分不同类型的肿瘤;它们也可以告诉你细胞的不同类型;它们还可以帮助你将干细胞与其他的细胞、皮肤细胞与脑细胞区分开。当你从整体上对它们进行观察时,你就可以确定你获得的细胞类型。这是microRNAs所具有的重要而独特的特性。”

研究人员对胚胎干细胞和诱导多能干细胞进行了检测,证实从microRNAs水平上能完全将两种类型的细胞区分开。进而研究人员对癌细胞和诱导多能干细胞进行了检测。

诱导多能干细胞与癌细胞有着一些相似之处。例如它们都具有永生性。“干细胞具有自我更新和增殖的特性。癌细胞也能够如此。那么能自我更新的多能干细胞与癌细胞的差异在哪里?除了癌细胞无法进行自我调控。是否还存在其他的差异呢?”Kosik说。

科学家们进而对来自人体的40种不同分化细胞中的microRNA进行了检测。他们发现癌细胞与分化细胞之间的microRNA存在显著的差异。这是一个他们意料之中的结果。然而当研究人员转而研究多能干细胞时,惊讶地发现其中有一些细胞与癌细胞非常相似,而另一些则则不然。

“人们对于将干细胞用于修复人体最大的担忧就是其是否会生成肿瘤。与肿瘤细胞microRNA具有的相似性,表明这些多潜能干细胞确实有向癌细胞转化的倾向,”Kosik说:“如果医生希望利用干细胞进行身体修复,而又不希望这些细胞具有致癌性,就必须要充分地掌握这个度即一方面这些细胞要有点像癌细胞,另一方面又要少一点像癌细胞。而这个边界在哪,目前我们还无法知道。”

目前加州大学的科学家都还致力于揭示这一答案。(生物谷Bioon.com)

生物谷推荐原文出处:

Cell Stem Cell  DOI: 10.1016/j.stem.2010.11.012

MicroRNA Profiling Reveals Two Distinct p53-Related Human Pluripotent Stem Cell States

Authors

Pierre Neveu, Min Jeong Kye, Shuping Qi, David E. Buchholz, Dennis O. Clegg, Mustafa Sahin, In-Hyun Park, Kwang-Soo Kim, George Q. Daley, Harley I. Kornblum, Boris I. Shraiman, Kenneth S. Kosik

Highlights

miRNA profiles distinguish two categories of human pluripotent stem cells

The p53 network status distinguishes pluripotent cells independently of their origin

p53-targeting miRNAs change the classification status of iPSCs

A 2D representation of miRNA profiles tracks differentiation and reprogramming

Summary

Reprogramming methodologies have provided multiple routes for achieving pluripotency. However, pluripotency is generally considered to be an almost singular state, with subtle differences described between induced pluripotent stem cells (iPSCs) and embryonic stem cells (ESCs). We profiled miRNA expression levels across 49 human cell lines, including ESCs, iPSCs, differentiated cells, and cancer cell lines. We found that the resulting miRNA profiles divided the iPSCs and hESCs examined into two distinct categories irrespective of the cell line origin. The miRNAs that defined these two pluripotency categories also distinguished cancer cells from differentiated cells. Transcriptome analysis suggested that several gene sets related to p53 distinguished these categories, and overexpression of the p53-targeting miRNAs miR-92 and miR-141 in iPSCs was sufficient to change their classification status. Thus, our results suggest a subdivision of pluripotent stem cell states that is independent of their origin but related to p53 network status.

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