细胞重编程的分子机制

细胞重编程,尤其是诱导多能性干细胞的出现,给再生医学带来极大的希望。近年来,这方面的研究吸引了众多科学家的参与,也取得了非常丰富的成果。本文主要从转录因子、表观遗传和信号转导等角度,介绍了细胞重编程分子机制研究方面的进展和未来的方向。     

中国细胞重编程和多能干细胞研究进展

近几十年是干细胞领域飞速发展的重要时期。随着中国经济实力的发展壮大,科研实力也在稳步增强,干细胞研究领域达到了国际并跑甚至领跑的水平。本文从体细胞核移植、诱导多能干细胞、单倍体多能干细胞和胚胎早期发育研究4个方面,对中国细胞重编程和干细胞领域的研究进展进行了历史性回顾,总结了中国科学家在相关领域所取得的重要科研成果。随着单细胞测序技术的发展,各种发育过程将实现更为深入的解读,干细胞的临床应用在中国也会大放异彩。     

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.     

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.     

细胞重编程与表观遗传学调控

细胞重编程是生命科学研究的热点之一,目前体细胞核移植、细胞融合和特定转录因子诱导等方法都可以实现体外细胞重编程,而在细胞重编程过程中表观遗传学发挥关键的调控作用,因此对重编程过程中表观遗传学调控机制开展深入研究具有重要的意义。本文简要综述细胞重编程的研究现状和表观遗传学调控细胞重编程机制的研究进展,并对小分子化合物和microRNA提高细胞重编程效率的最新进展进行了介绍。     

细胞直接重编程:从一种终末分化细胞直接重编程为另一种终末分化细胞

细胞的直接重编程是指将一种终末分化细胞直接转变为另一种终末分化细胞,这一转变不经过诱导多能干细胞阶段和去分化、再分化等过程。最近的一系列研究结果已经证明了这一研究方法的可行性,这些研究进展不仅为重编程的分子机制研究提供了新视角,也为加速重编程细胞的临床应用带来了希望。本文综述了将成纤维细胞直接重编程为神经细胞、肝细胞、心肌细胞及造血细胞的研究进展,探讨了这一研究方法存在的问题以及将来在该领域的研究方向。     

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.     

细胞直接重编程技术——疾病治疗的新策略

细胞直接重编程技术是近年来兴起的重要生物技术,其广泛的应用可为疾病的治疗、模型的构建、再生医学的研究提供了一个新的方向。细胞直接重编程技术不同于诱导性多能干细胞技术,它可将一种终末分化细胞直接转变为另一种终末分化细胞,跨越了分化细胞去分化以及再定向分化为特定功能细胞的过程,因而可避免多能干细胞本身可能带来的安全隐患。对体细胞直接重编程技术的研究现状作一综述。     

细胞重编程和移植技术用于帕金森病治疗的研究进展

帕金森病(Parkinson disease,PD)是一种复杂的中枢神经系统退行性疾病,主要病理特征为黑质致密部多巴胺神经元的进行性丧失.目前PD主要治疗手段包括药物和手术.但药物存在神经保护活性不足、缺乏对因治疗、晚期无药可用等问题,手术治疗风险较大.近年来,细胞重编程技术取得突破性进展,由重编程产生的诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)、诱导多巴胺神经元(induced dopamine neurons,iDNs)和诱导神经干细胞(induced neural stem cells,i NSCs)可用于治疗PD.移植iPSCs分化而来的多巴胺能神经元、iDNs和iNSCs至相应脑区,可起到神经替代与修复作用,有效治疗PD.本文重点介绍细胞重编程的机制,总结iPSCs、iDNs和iNSCs治疗PD的优缺点,并阐述尚存在的挑战,探讨可能的解决方案.     

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。     

分化细胞经特定因子诱导重编程为多能干细胞

胚胎干细胞在再生医学领域有着十分诱人的应用前景。但是现有胚胎干细胞建系技术不能避开对卵细胞的操作, 成为ES细胞临床应用的障碍。通过反转录病毒载体系统, 在小鼠和人类高度分化细胞中表达干细胞因子Oct4, Sox2, Klf4和/或c-Myc等基因, 再经过干细胞标志因子Nanog或Oct4筛选, 可以获得与ES细胞特性十分近似的诱导多能干细胞系。这种不依赖于卵细胞的多能干细胞建系方法无疑是干细胞实验技术的重大进展, 也是对现有重编程理论假设的突破。综述了诱导多能干细胞系建系实验结果, 并对诱导重编程的机制和诱导多能干细胞系的临床应用前景进行了讨论。     

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。     

限定因子诱导胎猪成纤维细胞重编程为多能性细胞

尝试运用限定因子融合蛋白建立猪的诱导多能性干细胞．试验采用Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc四种限定因子经慢病毒表达载体系统介导感染猪胎儿成纤维细胞,对表达外源限定因子的猪胎儿成纤维细胞进行培养传代,逐步分离培养出集落边缘界限清晰的细胞克隆,细胞集落生长状态稳定、核型正常、碱性磷酸酶检测为阳性,免疫细胞化学检测显示,Oct4、Nanog、SSEA-1蛋白表达为阳性,体内能够分化形成含有三个胚层的畸胎瘤．结果证实分离培养的细胞克隆为猪诱导多能性干细胞,为进一步完善诱导方案和深入研究应用猪诱导多能性干细胞奠定了基础．     

诱导性多潜能干细胞重编程机制探讨

根据近些年的报道,干细胞作为生命科学领域的一大研究热点,一直备受关注,而诱导性多潜能干细胞(inducedpluripotent stem cell,iPSC)的发现更被誉为是具有里程碑意义的创新之举。在短短几年的时间内,世界各国在iPSC的研究中不断取得突破。然而,对iPSC重编程的机制认识仍处在一个初级阶段,尚不存在一个公认的重编程机制的理论模式。现根据一些已有的文献报道,对iPSC重编程的机制进行初步探讨。     

不同组织来源的细胞建立诱导多能干细胞系的研究

目的:比较不同组织来源的细胞生成iPS细胞的效率,获得高效制备iPS细胞的组织类型.方法:通过四种逆转录病毒(OCT4/SOX2/KLF4/c-MYC)转染羊水细胞、绒毛细胞和皮肤成纤维细胞,建立不同组织来源的iPS细胞系.结果:我们建立了羊水、绒毛细胞和皮肤细胞三个不同组织来源的iPS细胞系,并对其多能性基因Oct4、Nanog以及分子表面标记Tra-1.60以及体外分化为三个胚层能力进行鉴定,发现利用羊水细胞建立iPS细胞的效率显著高于绒毛细胞和皮肤细胞.结论:羊水细胞可能是制备iPS细胞的理想细胞类型.     

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。     

诱导性多潜能干细胞（iPS）的研究现状和展望

诱导多潜能性干细胞（inducedpluripotentstemcells,iPS细胞）是通过在分化的体细胞中表达特定的几个转录因子,以诱导体细胞的重编程而获得的可不断自我更新（self-renewal）且具有多向分化潜能的细胞．由于iPS既避免免疫排斥,又不涉及伦理道德问题,因此具有广泛且重要的临床应用价值．自从2006年Takahashi和Yamanaka报道成功地建立小鼠的iPS细胞以来,全世界众多实验室开始了iPS细胞研究,并取得了巨大进展．本文回顾过去几年内在iPS细胞研究领域中的新发现,包括建立iPS细胞的方法、iPS细胞形成的分子机制和iPS细胞的应用,并探讨该领域中急需解决的问题和发展前景．     

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。     

与诱导多能干细胞一起成功

诱导多能干细胞，在这门尚处于萌芽状态的科学中，还有许多绊脚石要加以克服，直到研破重新编程的天机，各个业内公司才有可能收获到它的回报。     

人椎间盘髓核来源的诱导多能干细胞重编程及功能的研究

椎间盘退变始发于髓核组织,获得足够有功能的髓核细胞是研究及治疗椎间盘退变的关键.而人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cell,iPSC)不仅为建立疾病模型以研究疾病发生发展机制开辟了道路,还在再生医学领域展现出了广阔的应用前景.我们首先从椎间盘退变患者微创手术获得的髓核组织内分离髓核细胞,将携带OCT3/4、SOX2、KLF4和c-MYC的仙台病毒(Sendai virus,Se V)转染髓核细胞,重编程获得iPSC.通过检测多能细胞特异性标志、体内成瘤实验、甲基化及核型分析对所获得的iPSC进行鉴定.并以皮肤成纤维细胞来源iPSC作为对照,在二维和三维水凝胶中对iPSC进行定向分化,检测髓核细胞相关蛋白和基因的表达,比较分析2种iPSC向髓核细胞的分化效率.结果显示,iPSC能表达多能细胞特异性标志,具有正常的二倍体核型,畸胎瘤实验显示三个胚层的出现.诱导分化后的iPSC表达髓核相关基因和蛋白,在水凝胶中诱导培养后,iPSC表达更多的髓核相关基因和蛋白.髓核来源的iPSC与成纤维细胞来源的iPSC相比,可表达更多的髓核相关基因和蛋白.本研究首次将患者退变髓核细胞重编程成iPSC,并在水凝胶内将其诱导分化为髓核样细胞,为椎间盘退变个体化细胞治疗奠定基础.