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PNAS:非转基因原态人类胚胎干细胞研究获进展

来源:生物通 2014-03-17 19:58

一直以来,科学家们都无法有效地将胚胎干细胞维持在它们的原始干细胞状态,这影响了胚胎干细胞在临床上的应用。来自华盛顿大学的研究人员报道了非转基因,初始原态人类多能干细胞的产生,并详细介绍了两种实验方法路径,这将有助于干细胞多能状态的基础研究和临床研究。

来自华盛顿大学的研究人员发表了题为“Derivation of na?ve human embryonic stem cells”的文章,报道了非转基因,初始原态人类多能干细胞的产生,并详细介绍了两种实验方法路径,这将有助于干细胞多能状态的基础研究和临床研究。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》(PNAS)杂志上。

相对于致敏小鼠外胚层细胞,原态多能状态的细胞具有更为广泛和健康的发育潜力。研究表明,人类原态胚胎干细胞无需转基因就能逃避分化,通过OCT4,KLF4,KLF2三种因子的表达可以维持其天然状态。

在这篇文章中,研究人员报道了两种生成非转基因原态人类胚胎干细胞(hESCs)的方法路径。他们在加入初始培养基之前,首先令后致敏状态(later primed state)的人类胚胎干细胞接触组蛋白去乙酰酶抑制剂,这样初始培养条件下的八细胞胚胎就能直接建立一种新细胞系。此外研究人员还解析了这种初始状态,指出原态人类胚胎干细胞能进行内胚层发育。

具体来说这两种方案分别为:第一种是通过组蛋白去乙酰酶抑制剂丁酸,以及苯胺氧肟酸(Suberoylanilide hydroxamic acid,SAHA)进行预培养,然后再加入MEK / ERK,GSK3抑制剂,以及FGF2进行培养,从而令已有人类胚胎干细胞系转向。

第二种方法则是利用FGF2从人类胚胎(2i)中直接获得干细胞,研究人员发现人类原态细胞具有与小鼠原态生长特征,抗体标记图谱,基因表达,X染色体失活,线粒体形态,miRNAture图谱,以及畸胎瘤发育相似的特征。人类胚胎干细胞无需转基因就能保持原态状态。

研究人员表示,后一种方法虽然难以解释,但是一种可以实现的方法,能令细胞保持在体外多能状态的最早期阶段,致敏细胞反向恢复初始状态效率高,而且重复性好。

这些研究成果将有助于干细胞多能状态的基础研究和临床研究,对于分析干细胞原态状态,致敏状态也具有十分重要的意义。

一直以来,科学家们都无法有效地将胚胎干细胞维持在它们的原始干细胞状态,这影响了胚胎干细胞在临床上的应用。此前一项研究表明,一种称为IQ-1的小分子在预防胚胎干细胞分化成特殊细胞的过程中扮演相当关键的角色。这一成果同样公布在PNAS杂志上。

研究人员发现IQ-1主要能阻断细胞内Wnt的讯息传递路径,而Wnt路径主要的功能是负责干细胞的增生及分化。更仔细来说,IQ-1是阻断p300蛋白,以避免其与s-catenin结合,这样就能阻止干细胞的分化作用,同时,IQ-1还能增加CBP蛋白与s-catenin的结合作用,使干细胞能继续以原态进行分裂增生。

此外近期还有科学家将处理的iPS细胞注入到小鼠囊胚——只有少数细胞的早期胚胎中。如果研究小组的iPS细胞是真正原始态及有活力的,它们将会与小鼠细胞一起生长。将一种荧光标记添加到iPS细胞,使得研究人员能够追踪发育胚胎中的这些干细胞所发生的事件。10天后的荧光成像结果揭示,这些胚胎包含有小鼠和人类组织。(生物谷Bioon.com)

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Proceedings of the National Academy of the Sciences of the United States of America           doi: 10.1073/pnas.1319738111

Derivation of nave human embryonic stem cells

Carol B. Warea,b,1, Angelique M. Nelsona,b, Brigham Mechamc, Jennifer Hessona,b, Wenyu Zhoua,d, Erica C. Jonlina,e, Antonio J. Jimenez-Caliania,f, Xinxian Dengg, Christopher Cavanaugha,b, Savannah Cooka,b, Paul J. Tesarh, Jeffrey Okadaa,e, Lilyana Margarethaa,e, Henrik Sperbera,i, Michael Choia,i, C. Anthony Blaua,e, Piper M. Treutingb, R. David Hawkinsa,j, Vincenzo Cirullia,f, and Hannele Ruohola-Bakera,d,i

The na?ve pluripotent state has been shown in mice to lead to broad and more robust developmental potential relative to primed mouse epiblast cells. The human na?ve ES cell state has eluded derivation without the use of transgenes, and forced expression of OCT4, KLF4, and KLF2 allows maintenance of human cells in a na?ve state [Hanna J, et al. (2010) Proc Natl Acad Sci USA 107(20):9222–9227]. We describe two routes to generate nontransgenic na?ve human ES cells (hESCs). The first is by reverse toggling of preexisting primed hESC lines by preculture in the histone deacetylase inhibitors butyrate and suberoylanilide hydroxamic acid, followed by culture in MEK/ERK and GSK3 inhibitors (2i) with FGF2. The second route is by direct derivation from a human embryo in 2i with FGF2. We show that human na?ve cells meet mouse criteria for the na?ve state by growth characteristics, antibody labeling profile, gene expression, X-inactivation profile, mitochondrial morphology, microRNA profile and development in the context of teratomas. hESCs can exist in a na?ve state without the need for transgenes. Direct derivation is an elusive, but attainable, process, leading to cells at the earliest stage of in vitro pluripotency described for humans. Reverse toggling of primed cells to na?ve is efficient and reproducible.

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