表观遗传学研究揭示了允许研究人员改进干细胞重编程的秘密

2022-04-16新闻资讯

诱导多能干细胞图解

诱导多能干细胞插图

研究人员已经确定了通过重编程产生幼稚干细胞所需的因素。

Babraham 研究所表观遗传学研究项目的研究人员已经能够在全基因组功能筛选后了解更多关于幼稚干细胞重编程的信息。他们的研究今天发表在《科学进展》上,描述了重编程的关键调节因子,并为更有效、更快地产生人类幼稚多能干细胞的方法提供了机会。

人类多能干细胞 (PSC) 是研究人员研究细胞如何专门制造我们身体每个组织的有用工具。他们有两种不同的状态,准备好的和幼稚的。两种类型的 PSC 都可以自我更新并分化成新的细胞类型,但它们具有不同的功能和分子特征。

MV5000 T/R双目正置金相显微镜
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小组负责人 Peter Rugg-Gunn 解释了这些细胞的重要性:“处于幼稚状态的人类 PSC 复制了植入前胚胎中细胞的关键分子和细胞特征。重要的是,当鼓励幼稚 PSC 在特定条件下自组织时,它们会形成类似于早期囊胚发育阶段的结构。通过在实验室中培养这些细胞,我们可以了解人类发育过程中发生的关键事件,它们在个性化医疗中具有潜在用途。但我们需要创建高质量、稳定的干细胞群才能进行我们的实验。”

重新编程的多能干细胞

免疫荧光显微镜图像显示重编程的多能干细胞(橙色)和未重编程的细胞(紫色)的不同形态。图片来源:Adam Bendall,博士生,巴布拉汉姆研究所

多能干细胞要么由胚胎形成,要么使用获得诺贝尔奖的方法从特化细胞中去除细胞特性。大多数重编程实验会产生已启动的 PSC,它们比初始 PSC 在发育上更先进。幼稚 PSC 可以直接从人类植入前胚胎中收集,或者更常见的是研究人员将已启动的 PSC 暴露于诱导它们成为幼稚 PSC 的条件下。现有的重编程方法效率低下且速度慢,使研究人员无法快速生产所需数量的高质量干细胞。

博士生和该研究的首席研究员亚当本德尔说:“对于幼稚细胞重编程所需的遗传和表观遗传因素知之甚少,这种知识差距限制了重编程条件的设计。”

幼稚重编程的低效率表明存在限制细胞达到幼稚状态的障碍。亚当和他的同事们通过进行大规模的基因筛选来识别阻碍和帮助重编程的基因,从而解决了这些障碍。他们能够识别出大量在幼稚 PSC 编程中起关键作用的基因,而这些基因以前并未与该过程相关联。

该团队专注于一种表观遗传复合物,特别是PRC1.3复合物,它在不改变潜在DNA序列的情况下调节基因表达,他们发现这对于幼稚PSC的形成至关重要。如果没有这种复合物,进行重编程的细胞就会变成完全不同类型的细胞,而不是幼稚的 PSC。这表明PRC1.3的活性可以鼓励更多的细胞正确重新编程,实际上降低了障碍。

在确定了促进重编程的因素后,研究人员还研究了阻碍重编程的因素,在他们的研究中以一种名为 HDAC2 的表观遗传蛋白为例。该论文的第一作者 Amanda Collier 博士解释说:“令人兴奋的是,当我们使用选择性化学物质抑制其中一个因素时,幼稚的 PSC 重编程会更有效、更迅速地发生。我们可以从两方面来看它;我们可以消除障碍并引入推动细胞改变状态的因素。”

新发现:金相显微镜分析系统说明

这项研究不仅提高了科学家生产人类幼稚 PSC 的能力,还提供了在细胞状态转换过程中发生的分子事件的详细信息,其中一些在人类胚胎的发育调控中是保守的。

Rugg-Gunn 实验室正在拼凑一个更大的谜题——对幼稚干细胞的形成和控制的最佳理解。他们之前的研究已经确定了有助于将细胞维持在幼稚阶段的分子因素。小组负责人 Peter Rugg-Gunn 说:“通过建立我们操纵多能干细胞的工具,我们可以花更多时间询问有关植入前胚胎的重要问题。从长远来看,与幼稚 PSC 合作的进一步改进可能会开辟在个性化疾病模型或细胞疗法中使用这些细胞的可能性,尽管这需要更多关于如何将幼稚 PSC 分化为特殊细胞类型的研究。”

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