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Cell Stem Cell:挑战常规!原本认为在构建iPS细胞中至关重要的Oct4实际上并不需要

来源:本站原创 2019-11-12 10:05

2019年11月12日讯/生物谷BIOON/---自从2006年日本科学家山中伸弥(Shinya Yamanaka,如今是日本京都大学iPS细胞研究与应用中心负责人)发现了一种将完全分化的细胞引导回多能性状态的方法以来,科学家们一直在使用他的配方来产生诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cell, iPS细胞, iPSC)。这种方法依赖于所谓的山中因子(Yamanaka factor)---四种转录因子:Oct4、Sox2、Klf4和cMyc(统称为OSKM)---的过度表达。尽管这种技术可靠地产生了iPS细胞(下称OSKM ips细胞),但是它可能导致意想不到的影响,其中的一些影响会导致细胞癌变。因此,人们努力调整这种配方并理解每种山中因子的功能。

在不强迫Oct4过表达的情况下,没有人成功地构建ips细胞。有人认为它是这四种转录因子中最关键的因子。至少到现在为止是这样的。

四年前,德国马克斯普朗克分子生物医学研究所Hans Sch?ler实验室的研究生Sergiy Velychko和他的团队当时正在研究Oct4在利用小鼠胚胎成纤维细胞产生iPS细胞中的作用。他使用载体将编码Oct4的基因的各种突变以及阴性对照---不携带任何Oct4的载体---导入到他正在研究的细胞中。他吃惊地发现即便使用他的阴性对照,他仍然能够产生iPS细胞。Velychko的实验表明仅使用SKM(即Sox2、Klf4和cMyc)就可能产生iPS细胞(下称SKM ips细胞)。

Velychko告诉《科学家》杂志,“我们只是想发布这一观察结果”,但他知道他需要首先重现这一结果,不然“审稿人是不会相信的”。

在一项新的研究中,他和他的同事们,包括Sch?ler实验室资深科学家Guangming Wu,对这一实验进行了数次重复,用这四种转录因子的不同组合对载体进行改造。SKM能够诱导小鼠胚胎成纤维细胞出现多能性,诱导效率大约为OSKM的30%,但是所产生的iPS细胞质量更高,这 意味着这些研究人员并没有观察到常见的脱靶表观遗传效应存在的证据。相关研究结果于2019年11月7日在线发表在Cell Stem Cell期刊上,论文标题为“Excluding Oct4 from Yamanaka Cocktail Unleashes the Developmental Potential of ipsCs”。
图片来自Cell Stem Cell, 2019, doi:10.1016/j.stem.2019.10.002。

以色列耶路撒冷希伯来大学干细胞研究员Yossi Buganim(未参与这项新的研究)解释道,“效率并不重要。效率意味着可以获得多少细胞集落。如果细菌集落质量低下,最终分化的细胞发生癌变的机会非常高。”

最后,这些研究人员进行了最终测试,即四倍体互补测定法(tetraploid complementation assay),在这种方法中,iPS细胞与早期胚胎聚集在一起,否则它们无法自行形成功能齐全的胚胎。这些胚胎长成小鼠幼崽,这意味着他们构建出的ips细胞能够分化这种动物中的每种细胞。

更重要的是,他们发现SKM iPS细胞发育成正常小鼠幼崽的频率是OSKM iPS细胞的20倍,这表明通过从这种重编程因子配方(即OSKM)中删除Oct4,ips细胞的多能性可以得到极大提高。

Buganim提醒道,这些结果将需要在人体细胞中加以验证。他的团队开发出的这种构建ips细胞的方法在小鼠细胞中工作良好,但在人体中却完全无效。

山中伸弥本人对这些结果充满热情,在一封电子邮件中告诉《科学家》杂志,他的团队肯定会在其他的细胞类型中尝试这种方法,尤其是“成年人血细胞和皮肤成纤维细胞”。如果这种方法在成年人细胞中起作用,那么这对于ips细胞的临床应用将是一个巨大的优势。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

1.SergiyVelychko et al. Excluding Oct4 from Yamanaka cocktail unleashes the developmental potential of iPSCs. Cell Stem Cell, 2019, doi:10.1016/j.stem.2019.10.002.

2.Oct4, Considered Vital for Creating iPSCs, Actually Isn’t Needed
https://www.the-scientist.com/news-opinion/oct4--considered-vital-for-creating-ipscs--actually-isnt-needed-66697
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