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Science:突破性成果!科学家重编程胚胎干细胞成功扩展其潜在的细胞命运

来源:生物谷 2017-01-14 11:43

图片来源:www.phys.org

2017年1月14日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,一项刊登在国际杂志Science上的研究报告中,来自加利福尼亚大学等机构的研究人员通过联合研究开发出了一种新方法,该方法能够对小鼠胚胎干细胞进行重编程使其能够表现出颇似受精卵一样的发育特性。研究者指出,这些全能样的干细胞不仅能够产生发育胚胎中所有的细胞类型,还能够产生一些特殊类型的细胞,这些细胞能够促进胚胎和母体之间的营养交换。

这项研究或将帮助研究人员理解早期胚胎发育过程中的分子决策,同时也将扩展干细胞所产生的组织类型的“目录”,对于后期再生医学研究以及基于干细胞疗法的开发也至关重要。一个受精卵拥有完全的发育潜能,其能够产生所需的所有细胞类型,包括发育中的胚胎以及额外的胚胎组织,胎盘哺乳动物、胚外组织比如胎盘以及卵黄囊的特性对于胎儿和母亲之间进行营养和废物交换非常重要。

相比较而言,很多胚胎干细胞和诱导多能干细胞往往会因发育潜能而更受限制,其能够形成胚胎细胞类型,但却并不能形成胚外组织;受精卵能够产生胚胎和胚外组织的能力被认为其具有一种“全能性”,这是在胚胎发育早期阶段中唯一能够看见的最终干细胞状态。研究者Lin He教授指出,对胚胎发育的研究更大程度得益于胚胎干细胞的培养系统以及对诱导多能干细胞的研究,这些实验系统能够帮助科学家深入剖析胚胎发育过程中负责特殊细胞命运决策的关键分子途径,但当精子和卵子结合形成受精卵后,受精卵所具有的特殊发育潜能往往很难被研究,这往往是因为缺少研究材料以及细胞培养实验系统。

本文研究不仅及时了调节全能样干细胞状态的分子机制,同时也为研究干细胞全能性提供了一种强大的细胞培养实验系统。胚胎干细胞被认为具有多潜能性,因为其能够转变成为机体中任何类型的细胞,同时在过去几十年的研究中胚胎干细胞也给科学家们带来了很多惊喜,研究人员能够在实验室对其研究来阐明控制胚胎和胎儿机体特殊组织发育的遗传开关,同时胚胎干细胞还能够替换掉机体中损坏的组织,比如糖尿病患者的胰腺细胞或充血性心力衰竭患者心脏中的心肌细胞等,当然这些干细胞还能够帮助科学家们对早期阶段的遗传病进行研究探索。

如今科学家们利用“鸡尾酒”混合制剂或转录因子来处理成熟的体细胞就能够获得多能干细胞,从而就能够使得这些细胞具有和胚胎干细胞一样的特性,这些人工制造出的干细胞也被称为诱导多能干细胞(iPSCs);然而胚胎干细胞和诱导多能干细胞都不具有原始受精卵的特性,受精卵能够形成胚外组织和胚胎组织,当胚胎干细胞从小鼠或人类胚胎中收获时,这些细胞就已经被确定了身份,要么转化成为胚胎,要么转化成为胚外细胞系。

MicroRNAs是一类小型的非编码RNA分子,其能够调节基因表达;研究人员发现,名为miR-34a的MicroRNAs分子似乎能够作为一种“制动器”来抑制胚胎干细胞和诱导多能干细胞产生胚外组织,当MicroRNA被遗传性地移除后,上述两种细胞都能够扩展它们的发育决策来产生胚胎细胞类型、胎盘以及卵黄囊。研究人员发现,大约20%缺失MicroRNA的胚胎干细胞能够表现出扩展性的潜在命运,此外,这种效应或许能够在细胞培养液中维持一个月。

让研究者们非常惊奇的是,仅仅操控单一的MicroRNA就能够扩展胚胎干细胞的细胞命运决策,研究者不仅鉴别出了一种能够调节全能性干细胞的新型机制,还揭示了非编码RNAs在干细胞命运中的重要性。此外,这项研究中,研究人员还发现了miR-34a分子和小鼠机体中一类逆转录转座子之间的关联,逆转录转座子被认为是“垃圾DNA”,很多年来生物学家们推测这类转座子在机体正常发育期间似乎并没有用处,但本文研究中研究者发现逆转录转座子似乎和早期胚胎的决策制定之间也存在着密切的关联。

最后研究者Todd MacFanlan表示,目前我们面对的一个重要的问题就是是否这些逆转录转座子能够作为干细胞发育决策制定的真正驱动子,当然这还需要我们后期进一步深入研究才能够阐明。(生物谷Bioon.com)

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Deficiency of microRNA miR-34a expands cell fate potential in pluripotent stem cells

Yong Jin Choi1,*, Chao-Po Lin1,*,†, Davide Risso2,*, Sean Chen1, Thomas Aquinas Kim1, Meng How Tan3, Jin B. Li3, Yalei Wu4, Caifu Chen5, Zhenyu Xuan6, Todd Macfarlan7, Weiqun Peng8, K. C. Kent Lloyd9, Sang Yong Kim10, Terence P. Speed11,12,13, Lin He1,†

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