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Cell Stem Cell八大热点文章(4月)

日期: 2019年04月23日


    

《Cell Stem Cell》杂志是2007年Cell出版社新增两名新成员之一(另外一个杂志是Cell Host & Microbe),这一杂志内容涵盖了从最基本的细胞和发育机制到医疗软件临床应用等整个干细胞生物学研究内容。这一杂志特别关注胚胎干细胞组织特异性和癌症干细胞的最新成果。《Cell Stem Cell》自创刊以来就倍受关注,影响因子迅速提升,从0一冲至16.826,又达到了23.394。其中最受关注的文章包括:

 

Precise Gene Editing Preserves Hematopoietic Stem Cell Function following Transient p53-Mediated DNA Damage Response

 

近期一些研究表明,利用CRISPR基因编辑治疗遗传性血液相关疾病(如镰状细胞性贫血,地中海贫血和原发性免疫缺陷综合征),存在潜在问题,因为干细胞也许会关闭基因作为应答,而且如果想要绕过这个障碍,也会增加患上癌症的风险。

 

但是来自意大利的一组研究人员指出,还是有解决办法的,可以利用更精确的基因编辑技术,减少DNA断裂,从而让干细胞的自然损伤-应答途径处于可控范围内。

 

文章的通讯作者,San Raffaele Telethon基因疗法研究所Pietro Genovese说,“基因组编辑是干细胞精确基因工程的一种非常强大的策略,但它的步骤复杂,尽管这种方法存在极大的治疗潜力,以及基因编辑平台的不断进步,编辑的功能性后果尚未完全阐明。”

 

比如明星蛋白p53,这种蛋白被称为“基因组的守护者”,因为它在保护DNA稳定性和预防突变方面发挥着重要作用。当CRISPR编辑基因时,它会切割特定位置的两条DNA链。但是这些双链断裂可以向p53发出信号,表明出现了问题。然后p53就会开始起作用,阻止细胞增殖,这对于细胞基因疗法来说,事与愿违。但是要是永久性地关闭p53,来预防这种机制的发生,又会导致肿瘤的形成,真是左右为难。

 

不过好在这组研究人员找到了解决办法。

 

基因编辑利用核酸酶作为“遗传剪刀”来诱导DNA断裂,然后使用腺相关病毒载体来递送校正序列。但是当这些剪刀不够精确的时候,它们可能会在许多其他地方切割DNA。如果研究人员使用高度特异性的核酸酶和载体,就能在造血干/祖细胞(HSPCs)的DNA中引入所需的断裂。

 

“我们发现基因编辑对HSPC的影响,在很大程度上取决于所使用的核酸酶的精确度,”另一位作者,San Raffaele Telethon基因疗法研究所所长Luigi Naldini说,“如果核酸酶不是高度特异性的,就会在一些额外的脱靶位点切割DNA。”

 

“如果核酸酶是高度特异性的,那么就只会对细胞增殖产生短暂影响,这是一个可逆的过程,而且能与造血干细胞的重要生物学特性相兼容。”

 

早期研究指出了p53失活突变的理论风险,引发了对基因编辑治疗潜力的担忧,而这项研究表明,HSPCs可以很好地耐受一个或几个DNA断裂,短暂的p53激活,对其功能的影响有限(主要表现为延迟增殖)。当采用高度特异性的“基因剪刀”,配合上腺相关病毒载体,提供校正DNA序列时,这种细胞反应会稍微延长。但是如果在基因编辑过程中瞬时灭活p53反应,就可以抵消这种影响,提高编辑细胞的产量,而不会增加突变或提高基因组不稳定性。

 

“HSPCs基因编辑的另一个主要挑战是HSPC中同源重组的效率相对较低,这是引入修复模板提供的校正序列所导致的,我们近期报道的其它新技术能缓解这一问题。

 

Single-Cell Transcriptomics Uncovers Glial Progenitor Diversity and Cell Fate Determinants during Development and Gliomagenesis

 

胶质祖细胞异质性特征和程度及其对脑恶性肿瘤的贡献尚不明确。通过应用谱系靶向的单细胞转录组学,辛辛那提儿童医院医疗中心Q. Richard Lu博士揭示了发育过程中的大脑中具有独特分子身份的神经胶质祖细胞的多样性。他们的分析明确了星形胶质细胞和少突神经胶质细胞谱系中不同的过渡中间状态及其不同的发育轨迹。此外,交叉分析揭示了在脑肿瘤发生期间类似的中间祖细胞过度增殖,并且逐渐被重编程为易于进一步恶性转化的干细胞状态。同时进一步研究揭示了胶质细胞命运背后的谱系驱动网络,并确定Zfp36l1是少突胶质细胞-星形胶质细胞谱系转变和胶质瘤生长所必需的。

 

Human iPSC-Derived Natural Killer Cells Engineered with Chimeric Antigen Receptors Enhance Anti-tumor Activity

 

Cell Stem Cell八大热点文章(4月)

 

美国加州大学圣地亚哥分校和明尼苏达大学的研究人员报道利用人诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cell, iPS细胞)培养出的并且以与CAR-T细胞相似的方式加以修饰的自然杀伤细胞(natural killer cell, NK细胞)在小鼠模型中高效地抵抗卵巢癌。

 

Kaufman及其团队设计出9种靶向间皮素(mesothelin)的CAR构造体,其中间皮素是一种在许多人类癌症中表达的抗原。在测试这些CAR在体外摧毁癌细胞的效果后,他们选择出最有效的CAR构建体,在人iPS细胞中表达它们,随后将ips细胞分化为NK细胞。

 

Kaufman团队通过将人卵巢癌细胞移植到免疫系统受到抑制的小鼠中来构建出小鼠模型。他们随后将CAR-NK细胞灌注到这些小鼠体内,而且为了进行比较,也利用CAR-T细胞进行了同样的研究。

 

这些研究人员使用生物发光成像监测肿瘤。他们指出,与接受不表达CAR的NK细胞灌注的对照小鼠相比,接受人ipsC衍生的CAR-NK细胞治疗的小鼠和接受CAR-T细胞治疗的小鼠在21天后都具有缩小的肿瘤。

 

Single-Cell Transcriptomics Meets Lineage Tracing

 

这篇综述的侧重点在单细胞测序用于细胞谱系(lineage)追踪,内容包括了不同的算法、策略等等。

 

Prolonged Fasting Reduces IGF-1/PKA to Promote Hematopoietic-Stem-Cell-Based Regeneration and Reverse ImmunosuppressionChia

 

科学家们发现,周期性的长时间禁食不仅对免疫系统损伤(化疗的主要副作用)有保护作用,而且还能诱导免疫系统再生,令休眠的干细胞开始更新。这是人们首次发现,天然干涉手段能够激活干细胞,促进器官或系统的再生。

 

研究人员通过小鼠实验和1期临床试验发现,长时间不进食会显著降低白细胞数。进一步研究显示,小鼠周期性禁食“触动了一个再生开关”,改变了造血干细胞的信号通路。造血干细胞负责生成血液和免疫系统的细胞。

 

这项研究将有望帮助那些正在接受化疗或者患有免疫缺陷的人,包括自身免疫疾病的患者。目前研究团队正在研究,禁食的干细胞再生效果,是否也能在免疫系统之外起作用。

 

Systematic Identification of Culture Conditions for Induction and Maintenance of Naive Human Pluripotency

 

多年来,研究人员和患者一直都希望,胚胎干细胞(ESCs)——可形成体内几乎任何类型的细胞——能给许多疾病提供见解,甚至被用来治疗疾病。

 

但是,因为无法将来自小鼠ESC的研究和工具转移到人类研究,因此使这方面的进展受到限制,在某种程度上是因为人类胚胎干细胞是“始发态(primed)”的,塑性略微低于小鼠细胞。

 

最近,美国Whitehead生物医学研究所Rudolf Jaenisch实验室的科学家Thorold Theunissen、Benjamin Powell和Haoyi Wang,发现了如何操控和维持人类ESCs,使其处于一种类似小鼠ESCs的“原态”或基础多能状态,而无需使用任何重编程因子。

 

hESC-Derived Thalamic Organoids Form Reciprocal Projections When Fused with Cortical Organoids

 

自耶鲁大学的研究人员近日在实验室培养皿中模拟了两种大脑结构以及它们之间的相互作用,为揭示神经精神疾病的起因带来了曙光。

 

耶鲁大学遗传学副教授In-Hyun Park及其团队创造了大脑中丘脑的类器官,丘脑是整合感觉信息并将之传递给大脑不同部位的重要集成器。研究人员通过干细胞创造了类器官以模拟大脑的不同区域并评估它们的功能。研究人员对丘脑感兴趣是因为有几种精神疾病和丘脑有关系。

 

研究人员随后将这种丘脑类器官与大脑另一个部位——额皮质的类器官融合在一起,额皮质具有更高级的认知功能。“现在我们正在尝试使用这种类丘脑去研究癫痫、自闭症、精神分裂症甚至是抑郁症。许多患这些疾病的人的额皮质和丘脑之间的联系存在缺陷,同时丘脑的微观结构也发生了改变。”

 

Injury Induces Endogenous Reprogramming and Dedifferentiation of Neuronal Progenitors to Multipotency

 

在衰老的背景下,嗅觉也是正常老化的一部分。老年人通常都会经历嗅觉功能下降乃至完全丧失的过程。

 

无论因衰老导致的,还是因药物或疾病损伤导致的嗅觉丧失都会降低生活质量,甚至营养状况,尤其使老年人的安全和健康受到威胁。

 

因此,科学家们的研究重点一是扩大成年人的成体干细胞数量,维持嗅觉不随年龄增长而衰减;二是开发具有推迟或阻止嗅觉递减的药物制剂。

 

胚胎干细胞能铸造体内任何细胞类型,而成体或组织干细胞的分化效力却非常有限。成人嗅觉上皮的神经发生通常被描述为自我平衡和修复过程中的单向通路(unidirectional pathway)。

 

本文,研究团队挑战了这一模型的单向性,鼻粘膜损伤处理解锁了小鼠的Ascl1+祖细胞和Neurog1+专一性神经前体细胞的潜能,使它们能够去分化为多能性干/祖细胞,再将这些干细胞移植给其他小鼠,它们能生成鼻腔组织中的所有不同类型细胞。

 

Functional Repair of CFTR by CRISPR/Cas9 in Intestinal Stem Cell Organoids of Cystic Fibrosis Patients

 

科学家们首次将基因组编辑技术CRISPR运用于人类细胞,离现在还不到1年的时间。很快地这一技术便已星火燎原。现在来自中科院上海生命科学研究院和荷兰Hubrecht研究所的两个独立研究小组证实,可以利用CRISPR在小鼠和人类干细胞中改写遗传缺陷,有效地治疗疾病。

 

杜克大学基因组学研究人员Charles Gersbach(未参与两项研究)说:“这两项研究的重要意义在于:将CRISPR带到了它的下一个应用阶段,在这两个研究中它纠正了致病突变。”

 

转载标题:Cell Stem Cell八大热点文章(4月)

 

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【赛业生物科技简介】

 

作为实力雄厚的基因工程鼠技术平台,赛业生物已服务全球数万名科学家,赛业产品与技术已直接应用于包括CNS(Cell, Nature, Science)三大期刊在内的2400篇学术论文。2016年,TurboKnockout把ES打靶金标准推向新高度;同年,CRISPR-Pro使大片段敲入及条件性基因敲除变得更加高效;2017年,AlphaKnockout基因打靶专家系统首次实现基于人工智能的最优化方案设计;同年7月,推出万例CRISPR-AI敲除小鼠资源库。赛业一步一个脚印,踏实前行,助力中国科研!