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Cell Reports|科学家发现新型高效重编程因子混合剂
发布时间:2019-06-19

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6月18日,中国科学院广州生物医药与健康研究院、广州再生医学与健康广东省实验室裴端卿研究员课题组在国际学术期刊Cell Reports在线发表题为Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic Fibroblasts by Jdp2-Jhdm1b- Mkk6- Glis1- Nanog- Essrb- Sall4的研究成果。该项研究报道一种新型高效重编程因子混合剂可将小鼠成纤维细胞快速重编程为高质量的iPSCs。

2006年,日本学者山中伸弥报道利用四个转录因子OCT4/SOX2/KLF4/C-MYC将体细胞重编程为多能干细胞,此项技术不仅为再生医学提供充足的细胞来源而且是研究细胞命运转变的理想模型。近年来机理研究表明重编程的关键是重编程因子能否正确有效的开启基因组,改变调节区域染色质重构,介导基因表达改变。理论上,具有上述功能的因子可将体细胞重编程为iPSCs,结合生物信息学分析就可以设计出包含多种重编程因子的混合剂。


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新型重编程因子设计和筛选流程图。YIP, Yamanaka因子诱导重编程; CIP, 化合物诱导重编程; CAD, 染色质可及性动态变化; OC, 由开到关; CO, 由关到开; TFs, 转录因子; Epis, 表观遗传修饰因子; GFs, 生长因子; XIP, X因子诱导重编程


本课题组前期研究发现六个非Yamanaka因子可将小鼠成纤维细胞重编程为iPSCs,但是效率较低,结合最近对重编程过程中染色质动态规律的研究,从染色质开关角度,筛选对重编程有利的转录因子、表观修饰因子和小分子化合物,建立了一套由Sall4、Esrrb、Nanog、Glis1、Jdp2、Kdm2b和Mkk6组成的七因子(7F)重编程体系。此体系具有高效快速获得高质量iPSC细胞等特点:7F重编程效率显著性高于OKSM;只需要重编程4天,即可获得能够生出嵌合小鼠以及生殖系传递小鼠的iPSC细胞; 从iPSC细胞克隆形态、表达谱分析和动物实验角度比较,均可发现7F-iPSC质量高于OKSM-iPSC。实验结果还显示重编程过程中,7F与OKSM在打开和关闭的基因位点富集出不同的转录因子,比如,Esrrb在7F体系中激活速度早与OKSM;OKSM体系中内源性Oct4激活早于7F,正是这些基因激活时序的差异导致最终iPSC质量的不同。单个因子撤出实验结果显示,Sall4,Jdp2和Glis1在体细胞相关位点关闭过程中发挥重要作用,而多能性位点打开则依赖于Sall4、Esrrb、Glis1、Nanog和Jdp2。这套全新的因子组合经历与OKSM不同路径将MEF细胞重编程为iPSC,这对研究重编程的机理提供了崭新的思路和模型。


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7F诱导小鼠胚胎成纤维细胞为多能干细胞示意图。外围向中心靠拢细胞是胚胎成纤维细胞,中心带绿色荧光的圆形隆起克隆是7F-iPSC细胞。7个重编程因子与北斗七星对应,其中环绕每个因子的半透明圆球的大小与它在重编程过程中重要性密切相关


这项研究结果揭示了遵循染色质动态变化规律而设计的重编程因子组合在决定iPSCs的特性上扮演重要角色,这种重编程因子组合有利于快速获得高质量iPSCs,有助于揭示重编程机制。此外,短期快速获得高质量iPSCs可以缩短细胞治疗过程,进一步推进了再生医学走向临床。同时,这种因子的筛选理念可以帮助科学家针对性地设计转录因子组合来改变染色质结构,结合小分子化合物,更易操控细胞细胞命运决定。

论文共同通讯作者为裴端卿研究员、刘晶研究员。广州生物院王波博士、博士研究生吴琳琳、李东伟博士为论文的共同第一作者。研究工作得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金、中科院、广州再生医学与健康广东省实验室以及广东省和广州市的经费支持。


原文链接:https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(19)30697-7


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