所谓干细胞,就是在生命的成长和发育中起“主干”作用的细胞,就如同建筑中钢筋泥沙这样的基本材料。干细胞为什么神奇呢?主要在于它能够分化,正是由于其这种特征,干细胞一经发现就受到了科学家们的追捧。
Nature,Cell这两大著名的期刊杂志——2008年影响因子分别为31.434和31.253——分别公布了一些干细胞的研究成果,包括:
让细胞具有多能性的方法
三年前,Kazutoshi Takahashi 和 Shinya Yamanaka首次发现,来自“正常”体细胞的“iPS细胞”(诱导多能干细胞)利用所定义的一些因子可以生成。在这三年里,人们对这些细胞的兴趣一直非常高。然而,虽然它们通过少量因子的转染可以再生,但所转染的细胞只有百分之几变成多能细胞,而且整个过程非常慢。在一篇从iPS出现之前开始的综述文章中,Shinya Yamanaka集中介绍了iPS的生成机制以及它的生成过程效率低、速度慢的原因。他最后提出了一个进行直接重新编程的模型,按照该模型,所有或大多数细胞都有可能变成多能细胞。
患者特异性“iPS细胞”的获得 从特定患者身上提取“iPS细胞”的可行性及其作为特定疾病实验模型的价值几乎一年前就已见诸报道。来自特定患者的“iPS细胞”还被认为具有很大治疗潜力,尽管过去缺乏直接证据。现在,Raya等人发现,来自范康尼贫血患者的“iPS细胞”在纠正了基因缺陷之后,可被重新编程,而产生具有患者特异性的“iPS细胞”,它们能产生属于骨髓细胞系和类红细胞系的不含疾病的造血祖细胞。这些细胞对于细胞疗法有潜在价值。
干细胞身世之谜
干细胞一直都是生命科学领域的香饽饽,谁都在研究它,可是却没有人知道干细胞究竟是如何从受精卵逐步发育成胚胎干细胞的呢?当中的各种分子机制和表观遗传学机制没人清楚。而William的实验室正是要解开胚胎干细胞的身世之谜。
博士后David说,我们的这篇文章解释了受精卵发育的机制,简单的说,受精卵首先要清除来自母体和父体的遗传程序信息才可能分化成一个全新的生命。生物学的一个经典难题是,一个卵细胞和一个精子如何蜕变成一个新生命?当精子遇上卵细胞时,受精卵首先要清除来自亲代的特殊程序信息(精子或卵细胞自身的遗传程序信息),然后再开始生长成为一个新的生命。也正是这个原因,子代与亲代的表观遗传信息发生了深刻的变化。
研究人员发现程序重排与一个特殊的组蛋白修饰作用有关,这个组蛋白修饰作用牵涉到H3K4me2 demethylase LSD1/KDM1。如果这个组蛋白修饰发生突变将导致清除作用(清楚亲代的表观遗传学信息)失效。正常的C.elegans繁殖下一代的时候组蛋白的修饰信息不会传递给下一代。而如果发生突变,组蛋白的修饰信息会一代代传下去,研究小组做了个实验,把spr-5突变(这一突变会导致不孕),同时再突变LSD/KDM1,结果发现子代变得越来越继承亲代的不孕性状。而如果再从外界引进LSD/KDM1又使得子代清除亲代的表观遗传修饰程序的功能得以恢复。
这些结果表明,H3K4是一个具有维持子代表观遗传学记忆的蛋白,而在正常情况下LSD/KDm1(一种酶)能清除这些记忆,使得子代按照新的表观遗传学信息发育。
干细胞研究里程碑
来自马克斯·普郎克分子生物医药研究所(Max Planck Institute for Molecular Biomedicine),德国波昂大学等处的研究人员发布了一项细胞重新编程技术方面的里程碑式的研究成果:他们成功的只利用一种转录因子就能完成重新编程。这一研究成果公布杂2月6日的《Cell》杂志上。
领导这一研究的是著名的干细胞专家Hans R. Schöler,其去年在《Nature》发表的文章中提出了一种将体细胞重新编程的更安全方法——将之前需要的4种因子减少为2个内生因子(Oct4 加上Klf4或c-Myc),之所以有可能这样,是因为这些神经细胞比胚胎干细胞表达更高水平的内生Sox2和c-Myc,这说明具有适当匹配的转录因子的体细胞是生成iPS细胞的一个潜在有用的起始点。
现在Schöler等人又将需要的转录因子数目减少为一个:Oct4,其研究小组将Oct4以逆转录病毒为载体插入到小鼠神经干细胞,获得了iPS细胞,这些细胞能在体外转变成神经干细胞,或者变成心肌细胞和生殖细胞。而且当研究人员将这些细胞与小鼠胚胎混和的时候,重新编程的细胞能促进生殖腺发育,并传递到下一代。虽然重新编程的成功率比Schöler用两种因子的时候要低10倍,但是这种只有一种因子的方法与用四种因子进行皮肤细胞,成纤维细胞重新编程的效果是一样的。
来自麻省总医药的Konrad Hochedlinger教授评价这一成就“令人惊讶”,美国斯克利普斯研究院的干细胞研究人员丁胜(Sheng ding,音译)则认为,这项研究表明可以利用组织特异性细胞——这些细胞能天然表达一些山中伸弥最初重新编程“工具盒”中的标记,这样能比成纤维细胞更加容易重新编程,“对于这些组织特异性祖细胞的研究十分重要”,“这将帮助我们利用最少数目的基因进行重新编程。”
|