从胚胎干细胞到全能样细胞,体外重编程新突破

日期: 2017年12月22日


    

导读:赫尔姆霍茨慕尼黑中心(Helmholtz Zentrum München)和路德维希-马克西米利安-慕尼黑大学(Ludwig-Maximilians-Universität München,LMU)的科学家在 Nature Genetics 发表文章,突破多能胚胎干细胞体外重编程为全能样细胞瓶颈。赛业小编为您推荐“胚胎干细胞到全能样细胞,体外重编程新突破”,详情如下:

  

胚胎干细胞


在生命的早期阶段,由卵子和精子融合而成的单细胞受精卵极具可塑性,从一颗细胞出发,它将产生身体所有细胞类型。


人类这种多器官生物之所以存在,离不开细胞可塑性。


单粒的受精卵细胞第一次分裂后形成两个细胞(简称“2细胞期”),它们也被称为全能细胞(totipotent cells),意味着它们具备发育出完整有机体的能力,包括胚胎的胎盘组织。另一个概念,胚胎干细胞(embryonic stem cells, ES细胞)虽然具备多能性可以制造有机体的所有类型细胞,但通常无法发育为胎盘组织。


在体外培养ES细胞的过程中,只有约1%细胞能自发变为类似2细胞期的全能细胞,因此这些特殊的培养细胞得名“2细胞样细胞(2-cell-like cells,2CLCs)”。为了解答2CLCs形成的分子原因,Maria Elena Torres-Padilla教授课题组想比较一下2CLCs和普通ES细胞基因表达。


“2CLCs 表达逆转座子MERVL,”文章共同一作研究生Diego Rodriguez-Terrones说。“先构建携带绿色荧光蛋白基因的ES细胞,当MERVL发生表达时,细胞就会散发绿色荧光。利用该细胞系,我们先分离ES细胞和进入2细胞期样细胞,然后再比较它们的基因表达情况。”


单细胞转录组分析为研究团队提供了一张带动ES细胞转变为2CLCs的基因表达图谱。


他们发现,在过渡期转录因子Zscan4表达量升高。于是,研究人员又设计了当细胞生产Zscan4时,同时表达红色荧光蛋白的细胞系。


活细胞成像结果显示,的确在细胞变绿之前(代表MERVL阳性的2细胞样细胞),大部分细胞先变成了红色(代表Zscan4阳性)。

  

活细胞成像结果


“这样的观察结果再加上转录组数据,我们发现了细胞转变为2细胞样细胞前必经的中间状态,”Maria Elena Torres-Padilla说。“这种有序的基因表达变化帮助我们认识了细胞可塑性的关键调控因子。”


为了鉴定染色质调控因子对细胞重编程有何促进作用,研究团队又进行了约1000个基因的siRNA筛选,观察它们对2CLCs外观的影响。“结果比较出乎意外,我们又发现了很多新蛋白参与2CLCs形成,”文章共同一作博后研究员Xavier Gaume说。


其中比较特别的是,Ep400/Tip60的水平下调可以导致更多数量的2CLCs。Ep400/Tip60主要参与染色质压缩,这项研究结果证明,染色质的“开放”与细胞效能之间应该还存在着其他有趣的联系。


原文检索:A molecular roadmap for the emergence of early-embryonic-like cells in culture


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