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Cell Res:高绍荣等iPS技术治愈β-地中海贫血等遗传性疾病获进展

来源:北京生命科学研究所 2012-02-11 15:23

近日,国际著名杂志《细胞研究》(Cell Research)在线发表了北京生命科学研究所高绍荣博士实验室的最新研究成果“Genetic correction of β-thalassemia patient-specific iPS cells and its use in improving hemoglobin production in irradiated SCID mice”的文章,文章中,作者利用iPS技术治愈β-地中海贫血等遗传性疾病获得进展。

胚胎干细胞是由囊胚内细胞团建立的具有自我更新与多能性的干细胞。胚胎干细胞最受关注的应用前景在于为细胞替代治疗,组织器官移植和药物筛选提供细胞来源。但是胚胎干细胞来源极其有限,并由于其个体特异性易带来移植后的免疫排斥反应,因而在极大程度上限制了胚胎干细胞在组织替代和器官移植中的应用前景。

诱导多能干细胞技术是指在分化的体细胞中过表达特定的关键转录因子,从而使体细胞重编程,产生多能干细胞的技术。病人特异的诱导性多能干细胞的产生为遗传性和退行性疾病的治疗提供了稳定的细胞来源,而诱导多能干细胞技术与传统的基因打靶技术的结合为这些疾病的治疗提供了新的方向。

β-地中海贫血是β-珠蛋白链合成减少或缺乏导致血红蛋白四聚体α-链/非α-链之间失去平衡所引起的一种溶血性遗传病。在临床上,β-地中海贫血症可以分成重型、轻型、中间型和HPFH四种类型。重型β-地中海贫血症又称为Cooley氏贫血,通常由β-珠蛋白基因发生点突变或小片段缺失造成。β-地中海贫血症是国内长江以南各省发病率最高危害最大的遗传病之一。

本研究以β-地中海贫血症为疾病模型,运用诱导多能干细胞技术从一位β-41/42纯合子贫血症病人的体细胞诱导获得了十几株诱导多能干细胞系,并对其中四株iPS细胞系进行了多能性鉴定。同时,根据该遗传病的基因突变,通过同源重组技术定点修复突变位点,得到了修复正常的iPS细胞系。最后将病人特异的iPS细胞系和基因修复的iPS细胞系分别进行体外定向造血分化,并建立了体内移植的小鼠模型。与病人特异iPS细胞分化得到的造血祖细胞移植组小鼠相比,移植修复后iPS细胞来源的造血祖细胞的SCID小鼠在放射性照射后,其血红蛋白及红细胞水平能较快恢复到正常值,并产生出正常的人的β-珠蛋白。该工作为最终利用iPS技术治愈β-地中海贫血等遗传性疾病奠定了基础。

我所王译萱博士和广西妇幼保健院的郑陈光为本文的并列第一作者。参与此项工作的还有高绍荣实验室的蒋永华,张楫钦,陈嘉瑜,姚超,刘胜,赵庆国和广西妇幼保健院的杜娟,陈科。高绍荣博士和北京医院的杨泽教授为本文的通讯作者。

该研究在北京生命科学研究所完成,研究得到科技部和北京市政府的资助。(生物谷Bioon.com)

Genetic correction of β-thalassemia patient-specific iPS cells and its use in improving hemoglobin production in irradiated SCID mice

Yixuan Wang1,*, Chen-Guang Zheng2,*, Yonghua Jiang1, Jiqin Zhang1, Jiayu Chen1, Chao Yao1, Qingguo Zhao1, Sheng Liu1, Ke Chen2, Juan Du2, Ze Yang3 and Shaorong Gao1

The generation of induced pluripotent stem cells (iPSCs) from differentiated somatic cells by over-expression of several transcription factors has the potential to cure many genetic and degenerative diseases currently recalcitrant to traditional clinical approaches. One such genetic disease is β-thalassemia major (Cooley's anemia). This disease is caused by either a point mutation or the deletion of several nucleotides in the β-globin gene, and it threatens the lives of millions of people in China. In the present study, we successfully generated iPSCs from fibroblasts collected from a 2-year-old patient who was diagnosed with a homozygous 41/42 deletion in his β-globin gene. More importantly, we successfully corrected this genetic mutation in the β-thalassemia iPSCs by homologous recombination. Furthermore, transplantation of the genetically corrected iPSCs-derived hematopoietic progenitors into sub-lethally irradiated immune deficient SCID mice showed improved hemoglobin production compared with the uncorrected iPSCs. Moreover, the generation of human β-globin could be detected in the mice transplanted with corrected iPSCs-derived hematopietic progenitors. Our study provides strong evidence that iPSCs generated from a patient with a genetic disease can be corrected by homologous recombination and that the corrected iPSCs have potential clinical uses.

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