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。     

体细胞重编程为诱导多能干细胞

诱导多功能性干细胞（induced pluripotent stem cells,iPS细胞）是通过导入特定的转录因子（如Oct3/4、Sox2、c-Myc和Klf4等）将体细胞诱导重编程为多能性干细胞,其功能与胚胎干细胞相似.iPS细胞的建立,在生命科学领域引起了新的轰动.目前,iPS细胞的研究领域在转录因子的优化、iPS细胞的筛选、载体的运用、体细胞种类的选择和iPS细胞的应用等方面取得突破进展,但仍然存在致癌性、效率低等一系列急需解决的问题.     

体细胞重编程为诱导多能干细胞的研究

通过逆转录病毒将4个基因(Oct4 、 Sox2、c-Myc和Klf4)导入小鼠胚胎成纤维细胞 (mouse embryonic fibroblast, MEF)中,能诱导形成胚胎干细胞样特性的诱导多能干(induced pluripotent stem, iPS)细胞.人类iPS细胞的成功构建开拓了广泛的应用前景.本文简要综述了 iPS细胞的基因筛选,转导基因的选择以及iPS细胞的表观遗传特性等.     

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。     

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.     

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。     

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。     

微核糖核酸簇miR-290-295促进体细胞重编程

目的：探究干细胞中表达丰度最高的微核糖核酸簇miR-290-295对体细胞重编程的影响。方法：使用逆转录病毒载体将miR-290-295簇在小鼠体细胞中过表达,研究其促进体细胞重编程为诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)以及此过程对细胞功能的影响。结果：miR-290-295簇的过表达在三因子(Sox2、Klf4、Oct4)诱导体系中能够显著提高小鼠体细胞重编程的效率;过表达miR-290-295簇能够促进重编程中多能性标记基因的上调与体细胞标记基因的下调,同时也会促进间质-上皮细胞转化(mesenchymal-epithelial transition, MET)标记基因的表达。结论：miR-290-295簇对小鼠体细胞重编程具有促进作用,这有助于深入理解干细胞多能性和重编程的RNA调节机制,为开发新型诱导体系提供了新视角。     

体细胞重编程为多潜能干细胞的研究进展

人类的胚胎干细胞（embryonic stem cells,ES cells）可以用来治疗很多疾病,但是如果通过核移植来获得与供体或者患者相匹配的ES细胞,就会受到人卵母细胞来源等条件的制约。这就促使了将体细胞重编程为多潜能细胞这样一种技术策略的发展,其中包括将分化细胞与ES细胞融合,在卵细胞、ES细胞或多潜能癌细胞的抽提物中孵育,强制多潜能因子过表达等具体的方法。通过这些途径引出了一些核功能的重编程以及相应的DNA甲基化修饰、组蛋白翻译后修饰,使体细胞表达特定的多潜能因子,转变为类似胚胎干细胞的多潜能细胞。     

microRNAs和体细胞重编程

体细胞重编程与microRNAs(miRNAs)均为近年来研究的热点问题。到目前为止,能成功诱导体细胞形成多能性干细胞的体细胞重编程方法有核移植(nuclear transfer,NT)和外源因子诱导形成多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSc)两种,这两种方法让人们看到了体细胞重编程在细胞治疗方面具有诱人的应用前景。miRNAs是真核生物中存在的一类长度为22nt左右起调控作用的内源性非编码RNA,它在转录后水平调节靶基因的表达,是细胞内基因表达的基本调控机制之一。近年的研究结果表明,miRNAs在干细胞干性维持和分化过程中具有重要的调节作用,从miRNAs角度研究体细胞重编程机理将对体细胞重编程的应用具有重要意义。     

诱导性多潜能干细胞技术进展

诱导性多潜能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)可以通过在分化的成纤维细胞中导入特定的转录因子获得。IPS细胞与胚胎干细胞(embryonic stem cell,ESCs)在形态,增殖能力,基因表达谱和畸胎瘤形成上没有区别,因此在研究疾病机制,药物筛选和毒理学上有重要的应用价值。一旦解决了安全性和效率问题,iPS细胞将在再生医学上有重要的应用价值。主要从提高转化效率、制备无遗传修饰的iPS细胞和疾病特异性的iPS细胞这3个近来在iPS领域飞速进展的方向做一综述。     

诱导多能干细胞(iPS)的诱导培养与鉴定

通过外源转录调控因子的诱导,使成体细胞重编程为胚胎干细胞(ES细胞)样的多能细胞,这种细胞称为诱导多能干细胞(iPS细胞),这一方法被称为iPS技术。目前,iPS技术已先后在小鼠、人、猕猴、大鼠和猪中成功应用,建立了相应的iPS细胞系,并获得了iPS细胞嵌合小鼠和四倍体克隆小鼠。尽管iPS与ES细胞在形态和生长特性上有许多相同之处,但iPS细胞的建立需要较独特的诱导培养体系和鉴定方法。以下结合近年来iPS技术的发展和本实验室的相关研究,对iPS细胞的建立和培养体系的优化进行了深入探讨。     

High-throughput sequencing reveals the disruption of methylation of imprinted gene in induced pluripotent stem cells

It remains controversial whether the abnormal epigenetic modifications accumulated in the induced pluripotent stem cells (iPSCs) can ultimately affect iPSC pluripotency. To probe this question, iPSC lines with the same genetic background and proviral integration sites were established, and the pluripotency state of each iPSC line was characterized using tetraploid (4N) complementation assay. Subsequently, gene expression and global epigenetic modifications of “4N-ON” and the corresponding “4N-OFF” iPSC lines were compared through deep sequencing analyses of mRNA expression, small RNA profile, histone modifications (H3K27me3, H3K4me3, and H3K4me2), and DNA methylation. We found that methylation of an imprinted gene, Zrsr1, was consistently disrupted in the iPSC lines with reduced pluripotency. Furthermore, the disrupted methylation could not be rescued by improving culture conditions or subcloning of iPSCs. Moreover, the relationship between hypomethylation of Zrsr1 and pluripotency state of iPSCs was further validated in independent iPSC lines derived from other reprogramming systems.     

Role of leukaemia inhibitory factor in the induction of pluripotent stem cells in mice

iPS (induced pluripotent stem) cells can be induced from somatic cells in mice by genetic manipulation. Most previously established mouse iPS cell lines have been derived using feeder layers supplemented with exogenous LIF (leukaemia inhibitory factor). Although a feeder‐free induction system has been developed in recent studies, LIF is still required for reprogramming, but its role in the generation of mouse iPS cells has remained elusive. In this study, we investigated its contribution to the induction of pluripotency. Our results showed that LIF activates AP (alkaline phosphatase) through a c‐Myc‐dependent mechanism. Moreover, it acts as a protective factor during the transition from AP‐positive colonies to Oct3/4‐positive cells. These findings illustrate a mechanism by which LIF may integrate signalling into reprogramming.     

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。