美国科学家首次用实验鼠的微小RNA(MicroRNAs)对很容易从皮肤活检中得到的纤维原细胞进行重新编程,制造出了诱导多能干细胞(iPSCs)。科学家可据此制造出特定病人的iPS细胞,以用于药物筛选和身体组织再生。相关研究发表在《细胞—干细胞》杂志上。
负责该研究的美国宾夕法尼亚大学医学院医学、细胞和发育生物学教授兼再生医学研究所科学主管爱德华·莫里西表示,这是科学家首次未使用4个转录因子制造出iPS细胞,并将效率提高了100倍。
2006年,日本科学家山中申弥利用病毒载体将4个转录因子的组合转入分化的体细胞中,使其重编程而得到了一种类似胚胎干细胞的细胞类型,这就是iPS细胞。随后很多科学家陆续报告称,他们使用这4个转录因子上的变异制造出了iPS细胞。iPS细胞具有和胚胎干细胞类似的功能,却绕开了胚胎干细胞研究一直面临的伦理和法律等方面的障碍,因此,其应用前景非常广阔。
从事该研究的科学家希望,有朝一日能有效制造出不同病人的干细胞以研究人类疾病;制造出一个细胞“仓库”以让人体自身的心脏、肝脏等细胞再生。尽管前景诱人,但制造出iPS细胞还面临着效率低的问题,使用人体细胞制造iPS细胞的效率尤其低下。另外,添加新基因等方法可能有导致癌症的副作用,因此,提高iPS细胞的转化效率和安全性成为近年来科学界的研究重点之一。
以前,科学家使用转录因子让成人细胞重新编程,每使用10万个成人细胞得到的iPS细胞不足20个。而新实验中,科学家使用微小RNA来让成人细胞重新编程,结果,每使用10万个成人细胞得到的iPS细胞高达1万多个。
莫里西表示,这种方法能制造出iPS细胞让我们很吃惊,而且,其效率比山中申弥首次提出的转录因子方法高很多。至于为何在制造iPS细胞的过程中,微小RNA和4个转录因子的作用原理如此不同还需进一步的研究。
莫里西实验室研发的微小RNA方法产生的iPS细胞能制造出老鼠体内几乎全部的组织,包括生殖细胞、精子和卵子等。该科研团队目前正同其他科学团队合作,试图将这些诱导多能干细胞分化成心肌细胞、造血细胞和肝脏细胞。
莫里西表示,在用病人的样本制造iPS细胞的过程中,这种方法不仅效率高,而且可以得到更多产品。他们希望制造出人工合成的微小RNA,来将成人细胞转变为iPS细胞,最终得到包括肝脏、心肌或神经细胞等在内的各种细胞。
美国心肺和血液研究所的肺病研究室主管詹姆斯·基莱认为,有效制造出诱导多能干细胞对其治疗用途至关重要,新方法朝科学家的最终目标前进了一大步,也将促进其他干细胞研究的发展。(生物谷Bioon.com)
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Cell Stem Cell doi:10.1016/j.stem.2011.03.001
Highly Efficient miRNA-Mediated Reprogramming of Mouse and Human Somatic Cells to Pluripotency
Frederick Anokye-Danso, Chinmay M. Trivedi, Denise Juhr, Mudit Gupta, Zheng Cui, Ying Tian, Yuzhen Zhang, Wenli Yang, Peter J. Gruber, Jonathan A. Epstein, Edward E. Morrisey
Highlights
miRNAs alone can reprogram somatic cells to pluripotency
The miR302/367 cluster reprograms both mouse and human fibroblasts
miR367 is required for miR302/367 reprogramming
Low Hdac2 levels are required for miR302/367 reprogramming
Summary
Transcription factor-based cellular reprogramming has opened the way to converting somatic cells to a pluripotent state, but has faced limitations resulting from the requirement for transcription factors and the relative inefficiency of the process. We show here that expression of the miR302/367 cluster rapidly and efficiently reprograms mouse and human somatic cells to an iPSC state without a requirement for exogenous transcription factors. This miRNA-based reprogramming approach is two orders of magnitude more efficient than standard Oct4/Sox2/Klf4/Myc-mediated methods. Mouse and human miR302/367 iPSCs display similar characteristics to Oct4/Sox2/Klf4/Myc-iPSCs, including pluripotency marker expression, teratoma formation, and, for mouse cells, chimera contribution and germline contribution. We found that miR367 expression is required for miR302/367-mediated reprogramming and activates Oct4 gene expression, and that suppression of Hdac2 is also required. Thus, our data show that miRNA and Hdac-mediated pathways can cooperate in a powerful way to reprogram somatic cells to pluripotency.