哺乳动物DNA甲基化及其在体细胞诱导重编程中的作用

诱导多能干细胞(Induced pluripotent stem cell, iPS)技术提供了将终末分化的细胞逆转为多潜能干细胞的可能, 在干细胞基础理论研究和再生医学中具有重要意义。然而, 目前体细胞诱导重编程方法效率极低, 常发生不完全的重编程。研究表明, 在不完全重编程的细胞中存在体细胞的表观遗传记忆, 而DNA甲基化作为相对长期和稳定的表观遗传修饰, 是影响重编程效率和iPS细胞分化能力的重要因素之一。哺乳动物DNA甲基化是指胞嘧啶第五位碳原子上的甲基化修饰, 常发生于CpG位点。DNA甲基化能够调节体细胞特异基因和多能性基因的表达, 因此其在哺乳动物基因调控、胚胎发育和细胞重编程过程中发挥着重要作用。此外, 异常DNA甲基化可能导致iPS细胞基因印记的异常和X染色体的失活。文章重点围绕DNA甲基化的机制、分布特点、及其在体细胞诱导重编程中的作用进行了综述。     

原始生殖细胞发生的机制

生殖细胞的发生是发育和遗传的基础。在几乎所有哺乳动物中,原始生殖细胞(primordial germ cell,PGC)均由近端上胚层体细胞在周边细胞特定的信号诱导下特化而成。目前的研究已经发现一些与生殖细胞特化有关的信号分子和关键转录调控元件,以及特化后生殖细胞获得的与体细胞不同的生物特性。生殖细胞的特化是一个结合了体细胞发育程序的抑制、细胞多能性程序的启动和全基因组表观遗传重编程三个方面的动态的复杂过程。多能性干细胞(胚胎干细胞或诱导型多能干细胞)具有发育全能性,能分化为机体任何一种细胞类型,包括生殖细胞。利用多能性干细胞体外分化形成生殖细胞有助于深入系统地研究配子发生的调控机制,为干细胞在不育症治疗方面的应用带来新希望。     

iPSCs遗传稳定性与重编程机制的研究进展

诱导性多能干细胞(Induced pluripotent stem cells, iPSCs)是采用特定转录因子,将体细胞重编程为具有多能性的干细胞。iPSCs已成功由多种体细胞诱导出来,不仅具有发育多能性还能避免胚胎干细胞(Embryonic stem cells, ESCs)的伦理道德问题,已成为生命科学领域不可或缺的研究工具,具有广阔的应用前景。但获得高质量、遗传稳定的iPSCs是当前亟须解决的问题。文章对iPSCs重编程机制和遗传稳定性的研究进展进行了综述,以期为提高iPSCs的诱导效率、降低诱导成本、掌握iPSCs质量控制的关键点提供参考,从而推进多能性干细胞临床应用的发展。     

诱导多能干细胞在医学方面的应用

2006年,首次报道在体外简单的转录因子就可以使体细胞重编程为多能性细胞。自从这项技术诞生以来,人们为改善诱导多能干细胞(iPSCs)技术做出了巨大努力,发展各种方法用于将重编程因子导入体细胞制备诱导多能干细胞(iPSCs)。诱导多能干细胞(iPSCs)技术彻底改变了人类对疾病发病机制的探索和药物开发的进程。本文简述了诱导多能干细胞的来源及诱导策略、近年来iPSCs在疾病建模、药物研发、再生医学等方面的应用,同时探讨了该技术当前存在的问题,并对未来进行了展望。     

microRNA在诱导体细胞重编程中的作用

microRNA是调控基因转录后水平的一类长度约为22个核苷酸的非编码小分子RNA。大量研究证实, microRNAs广泛分布于真核生物, 其在细胞的分化发育、生长代谢等各种活动中都起着重要的调节作用。诱导多能性干细胞(Induced pluripotent stem cell, iPS)是将体细胞诱导成为具有胚胎干细胞性质的多潜能干细胞。iPS过程的核心为体细胞表观遗传状态发生重编程, 因此, 探明体细胞重编程机制对建立完善的iPS技术具有重要理论和实际意义。利用病毒载体将Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc等因子导入体细胞的方法已不断发展, 但“基因组整合”及原癌基因的参与增加了诱导细胞的致癌率。随着使用腺病毒、质粒或蛋白诱导等“非整合型”方法及L-myc的替换均可获得具有多潜能性的干细胞, 癌变的风险大大降低。但其发生的理论机制仍不十分清楚。最近的研究证实, microRNAs影响体细胞的重编程过程, 特别是miR302/367、miR200、miR-34和miR290/295等家族的microRNAs在体细胞诱导为iPS过程中发挥重要作用。文章就近年microRNA在诱导多能干细胞中的作用进行综述。     

体细胞重编程为多能干细胞的研究进展

胚胎干细胞不仅是研究哺乳动物早期胚胎发育、细胞分化、基因表达调控等发育生物学问题的有力工具,还可用于新药评价、细胞治疗等方面的研究.然而,为科学研究而捐献的人类卵子并不能够轻易获得,限制了人类胚胎干细胞相关研究的进展,解决这个问题的理想办法就是找到能够替代胚胎干细胞的其他成体多能细胞.综述了将哺乳动物体细胞诱导为多能干细胞的方法,重点介绍了利用特定的转录因子将体细胞诱导为诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS细胞)的最新进展,详细阐述了转录因子在诱导细胞重编程过程中发挥的作用,以及iPS细胞筛选与鉴定的方法,并展望了iPS细胞的应用前景.     

MicroRNAs与多潜能干细胞的研究进展

microRNAs(miRNAs)是一类内源性非编码小RNA,通过调控基因表达来参与生命过程中的一系列重要进程。越来越多的证据表明,miRNAs参与了几乎所有生物代谢过程,其胚胎干细胞的自我更新与分化和在多能干细胞(iPSCs)中的诱导调节作用也日益受到关注。该文介绍了miRNAs的生成、检测方法以及miRNAs对胚胎干细胞(ESCs)及诱导多能性干细胞的调控作用,并对miRNAs的应用前景进行了展望。     

原始生殖细胞发生的机制

生殖细胞的发生是发育和遗传的基础。在几乎所有哺乳动物中,原始生殖细胞（primordial germ cell,PGC）均由近端上胚层体细胞在周边细胞特定的信号诱导下特化而成。目前的研究已经发现一些与生殖细胞特化有关的信号分子和关键转录调控元件,以及特化后生殖细胞获得的与体细胞不同的生物特性。生殖细胞的特化是一个结合了体细胞发育程序的抑制、细胞多能性程序的启动和全基因组表观遗传重编程三个方面的动态的复杂过程。多能性干细胞（胚胎干细胞或诱导型多能干细胞）具有发育全能性,能分化为机体任何一种细胞类型,包括生殖细胞。利用多能性干细胞体外分化形成生殖细胞有助于深入系统地研究配子发生的调控机制,为干细胞在不育症治疗方面的应用带来新希望。     

蛋白转导技术在IPSCs重编程中的应用

诱导多能干细胞(IPSCs)是通过强制表达多能因子重编程为多潜能的体细胞。这种细胞具有与胚胎干细胞(ESCs)相同的多潜能性,并被认为是有伦理争议的ESCs的替代细胞。然而,使用基因组整合逆转录病毒或慢病毒将细胞重编程成IPSCs的传统方法,通过遗传修饰来重编程IPSCs增加了恶性转化的可能性,并成为其在临床环境中应用的障碍。因此,需要一种替代方法在不使用基因编辑的情况下重编程细胞,并且是通过更安全的方式来传递转录因子以诱导靶细胞上的多能性。许多研究已经证明蛋白转导技术可以通过传递重编程蛋白从人成纤维细胞和小鼠胚胎成纤维细胞产生IPSCs。本文就蛋白转导技术在IPSCs重编程中的应用进展作一综述。     

细胞融合致体细胞重编程机制研究进展

已分化的体细胞能够通过重编程转化回多能干细胞,在细胞移植、疾病细胞模型的制备以及药物筛选等领域具有重要意义。通过干细胞和体细胞的细胞融合,可使体细胞重编程。细胞融合致体细胞重编程速度快、效率高,是一种研究重编程机制的重要手段。对细胞融合致体细胞重编程的机制作一综述。     

核移植与诱导多能干细胞技术在体细胞重编程研究中的应用

体细胞重编程是指分化的体细胞在特定的条件下被逆转后恢复到多能性或全能性状态,或者形成多能干细胞系,或者形成早期胚胎然后发育成一个新的个体的过程。诱导体细胞重编程的方法有许多,如核移植（nuclear transfer,NT）、细胞融合、细胞培养和通过导入特定因子获得诱导多能干（induced pluripotent stem,iPS）细胞的方法等。其中核移植和iPS技术是到目前为止诱导体细胞为多能干细胞最为完全、最具有运用于临床再生医学潜能的方法。然而,它们的效率都很低,机制也不清楚,如何将两个方法结合在一起,提高重编程的效率,揭示重编程的机制,进而促进其在患者特异性治疗中的运用将是下阶段的努力方向。     

疾病特异诱导多能干细胞研究进展

通过病毒或非病毒转导体系,在小鼠和人的体细胞中人为表达几个与细胞多能性相关的转录因子,从而使细胞达到类似于胚胎干细胞（embryonic stem cells,ESCs）状态,是近年来新发展起来的体细胞重编程技术。这些被重编程的细胞称为诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPS细胞）。这项技术为获得患者和疾病特异的多能干细胞提供了新的途径。患者和疾病特异的iPS细胞的获得,不仅在避免免疫排斥的宿主特异的细胞移植治疗上有广泛前景,并对了解疾病发生机理、药物筛选和毒性研究有着重要的意义。该文综述从iPS细胞技术的发明入手,着重讨论疾病iPS细胞的研究进展及其在应用于治疗时亟需解决的问题。     

体细胞重编程为多能干细胞的研究进展

体细胞通过重编程转变成其他类型的细胞,在再生医学方面具有重要的应用前景。细胞重编程的方法主要有体细胞核移植、细胞融合、细胞提取物诱导、限定因子诱导等,这些方法可以不同程度地改变细胞命运。最近,限定因子诱导的多能干细胞（induced pluripotent stem cell。iPS）为重编程提供了一种崭新的方法,不仅可以避免伦理争议,还提供了一种更为便利的技术,为再生医学开辟了新的天地;同时,iPS技术为研究基因表达调控、蛋白质互作、机体生长发育等提供了一个非常重要的研究手段。本文主要论述了体细胞重编程的方法及iPS细胞的进展、面临的问题和应用前景。     

体细胞诱导为多能干细胞的最新进展

2007年11-12月,Cell、Science和Nature发表一系列体外诱导人类体细胞转变为多能干细胞的论文。来自日本和美国的研究小组利用慢病毒载体分别将Oct-4、Sox2、C-Myc、Klf4和Oct-4、Sox2、Nanog、Lin28两套基因转入人成纤维细胞,均获得类似ES细胞的克隆。小鼠诱导性多能干细胞已初步用于镰刀细胞性贫血的基因治疗。短短一年半,诱导性多能干细胞的研究和关注度呈现了爆炸式成长;体细胞重编程、去分化、多能干细胞来源等一系列热点问题再次成为大众瞩目的中心。     

Emerging roles of microRNAs in the control of embryonic stem cells and the generation of induced pluripotent stem cells

MicroRNAs (miRNAs) have emerged as critical regulators of gene expression. These small, non-coding RNAs are believed to regulate more than a third of all protein coding genes, and they have been implicated in the control of virtually all biological processes, including the biology of stem cells. The essential roles of miRNAs in the control of pluripotent stem cells were clearly established by the finding that embryonic stem (ES) cells lacking proteins required for miRNA biogenesis exhibit defects in proliferation and differentiation. Subsequently, the function of numerous miRNAs has been shown to control the fate of ES cells and to directly influence critical gene regulatory networks controlled by pluripotency factors Sox2, Oct4, and Nanog. Moreover, a growing list of tissue-specific miRNAs, which are silenced or not processed fully in ES cells, has been found to promote differentiation upon their expression and proper processing. The importance of miRNAs for ES cells is further indicated by the exciting discovery that specific miRNA mimics or miRNA inhibitors promote the reprogramming of somatic cells into induced pluripotent stem (iPS) cells. Although some progress has been made during the past two years in our understanding of the contribution of specific miRNAs during reprogramming, further progress is needed since it is highly likely that miRNAs play even wider roles in the generation of iPS cells than currently appreciated. This review examines recent developments related to the roles of miRNAs in the biology of pluripotent stem cells. In addition, we posit that more than a dozen additional miRNAs are excellent candidates for influencing the generation of iPS cells as well as for providing new insights into the process of reprogramming.     

转录因子与诱导型多能干细胞

小鼠的成纤维细胞通过转染四种转录因子（Oct3／4、Sox2、c-Myc和K1F4）可以被诱导转变成类似胚胎干细胞的多能性干细胞,称之为诱导型多能干细胞（induced pluripotent stem cell,iPS）,这种多能干细胞在细胞形态、增殖速率、致瘤性、基因表达以及形成嵌合小鼠的能力上与胚胎干细胞有许多相似之处,将来可能成为胚胎干细胞在临床应用中的替代。本文综述了iPS相关的几种转录因子,及其在重编程过程中的作用以及iPS的发展前景。     

iPS细胞研究的新进展及应用

通过导入特定的转录因子可将分化的体细胞重编程为诱导性多能干细胞(Induced pluripotent stem cells,iPS cells),这项技术避免了干细胞研究领域的免疫排斥和伦理道德问题,是生命科学领域的一次巨大革命。与胚胎干细胞(Embryonic stem cells,ES cells)一样,iPS细胞能够自我更新并维持未分化状态,在体内可分化为3个胚层来源的所有细胞,进而参与形成机体所有组织和器官。在体外,iPS细胞可定向诱导分化出多种成熟细胞。因此,iPS细胞在理论研究和临床应用等方面都极具应用价值。文章对iPS细胞诱导的最新研究进展、iPS细胞诱导的不同方法,如何提高iPS细胞的制备效率和安全性,iPS细胞在基础研究以及临床研究等方面的应用进行了全面综述,并探讨了iPS细胞研究领域面临的问题以及该技术在转基因动物研究中的发展前景。     

诱导性多潜能干细胞(iPS细胞)的研究进展

通过转染特定的基因组合可以将已分化的体细胞重编程为多潜能干细胞,这种干细胞称为诱导性多潜能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS cells)。这是近年来干细胞研究领域最令人瞩目的一项新的干细胞制备技术。iPS细胞的出现不仅为体细胞重编程去分化机制的研究提供了新的模型,而且为疾病发生发展相关机制研究与特异的细胞治疗带来了新的希望。就当前获取iPS细胞的方法、影响iPS细胞转化率和多能性维持的一些因素及其研究进展进行综述。     

诱导多能干细胞及其在神经退行性疾病研究中的应用

用干细胞转录因子OCT4、SOX2、c-MYC和KLF4进行体细胞重编程产生具有胚胎干细胞特性的诱导多能干细胞(iPS细胞)是干细胞研究领域的突破性进展。近年来,iPS细胞的研究从产生方法、重编程机理及实际应用方面不断取得进展。由于iPS细胞的产生可取自体细胞,因而克服了胚胎干细胞应用的伦理学和免疫排斥等缺陷,为iPS细胞的临床应用开辟了广阔的前景。该文将对iPS细胞的产生方法、重编程机理及其在神经性退行性疾病的研究与应用进行文献综述,反映近几年iPS细胞最新研究成果,并阐述了用病人iPS细胞模型探讨帕金森氏病、老年性痴呆症、脊髓侧索硬化症、脊髓肌肉萎缩症及舞蹈症等5种常见神经性退行性疾病发病机理的研究现状。