斯克里普斯研究所(TSRI)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種將普通成體細胞“重編程”成干細胞的新方法。
在一項發(fā)表在Nature Biotechnology的在線論文中的研究中，TSRI科學(xué)家篩選了一個包含1億個抗體的文庫，發(fā)現(xiàn)了幾個可以幫助將成熟的皮膚樣細胞重新編程為干細胞(稱為誘導(dǎo)多能干細胞(IPSCs))。
從更成熟類型的細胞制備IPSCs通常涉及將四種轉(zhuǎn)錄因子基因插入到那些細胞的DNA中?？茖W(xué)家鑒定的抗體可應(yīng)用于成熟細胞 - 它們與細胞表面的蛋白質(zhì)結(jié)合 - 作為三種標準轉(zhuǎn)錄因子基因插入的替代物。
研究作者，TSRI部門副教授Kristin Baldwin說：“這一結(jié)果表明，終我們可以制造出IPSCs，而不會在細胞核中放置任何東西，這可能意味著這些干細胞具有更少的突變和整體更好的特性。”神經(jīng)科學(xué)
IPSCs可以由患者自己的細胞制成，并且在個性化細胞療法和器官再生中具有多種潛在用途。然而，IPSCs設(shè)想的臨床用途尚未實現(xiàn)，部分原因在于制造它們所涉及的風(fēng)險。
標準IPSC誘導(dǎo)程序，十年前開發(fā)并稱為OSKM，涉及將四種轉(zhuǎn)錄因子蛋白的基因插入成體細胞：Oct4，Sox2，Klf4和c-Myc。隨著這些基因的添加和活性，它們編碼的轉(zhuǎn)錄因子蛋白被產(chǎn)生，并進而重新編程細胞成為IPSCs。
該方法的一個問題是病毒插入事件或核重編程因子的過量產(chǎn)生可能以使細胞癌變的方式損傷細胞DNA。另一個原因是這種核重編程通常會產(chǎn)生一系列具有可變特性的IPSCs。“即使我們在實驗室中使用IPSCs來研究疾病，這種可變性也是一個問題，”Baldwin說。
相反，在普通動物發(fā)育過程中，細胞特性被來自細胞外部的分子信號改變并誘導(dǎo)基因活性的改變，而沒有任何有風(fēng)險的DNA插入。為了找到這樣的自然途徑 - 普通細胞可以轉(zhuǎn)化為IPSCs-Baldwin和她的實驗室與Richard Lerner的TSRI實驗室，Lita Annenberg Hazen免疫化學(xué)教授合作。Lerner幫助開發(fā)和篩選大型人類抗體庫，以尋找新的抗體藥物和科學(xué)探針。
在這種情況下，該團隊，包括研究生Joel W. Blanchard和博士后研究員Jia Xie，他們是主要作者，建立了一個包含大約1億種不同抗體的文庫，并用它來尋找任何可以替代OSKM轉(zhuǎn)錄因子的抗體。
在初的一組實驗中，研究人員試圖找出可以替代Sox2和c-Myc的抗體。他們建立了大量的小鼠成纖維細胞 - 通常用于在實驗中制造IPSCs - 并插入其他兩種轉(zhuǎn)錄因子Oct4和Klf4的基因。接下來，他們將巨大的抗體基因庫添加到細胞群中，使得每個細胞終含有一種或多種抗體的基因。
然后，科學(xué)家們可以觀察到哪些細胞開始形成干細胞集落 - 表明這些細胞產(chǎn)生的一種抗體已經(jīng)成功地取代了Sox2和c-Myc的功能并觸發(fā)了細胞身份的轉(zhuǎn)換。對這些細胞的DNA進行測序使研究人員能夠確定負責(zé)的抗體。
通過這種方式，TSRI團隊發(fā)現(xiàn)了兩種可以替代Sox2和c-Myc的抗體，并且在一組類似的測試中，他們發(fā)現(xiàn)了兩種可以替代第三種轉(zhuǎn)錄因子Oct4的抗體?？茖W(xué)家表明，他們可以簡單地將抗體提供給培養(yǎng)的成纖維細胞，而不是插入這些轉(zhuǎn)錄因子基因。
在這項初步研究中，科學(xué)家們無法找到替代第四種OSKM轉(zhuǎn)錄因子Klf4功能的抗體。然而，Baldwin預(yù)計，通過更廣泛的篩查，她和她的同事終也會找到Klf4的抗體替代品。“我認為那個會花費我們幾年時間來弄明白，”她說。
原則上，抗體篩選方法不僅可以讓科學(xué)家找到可以替代OSKM轉(zhuǎn)錄因子的抗體，而且還可以研究這些抗體起作用的天然信號通路。
在這個原理的證明中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)其中一個替代Sox2的抗體與細胞膜上的蛋白質(zhì)Basp1結(jié)合。這種結(jié)合事件阻斷了Basp1的正?；顒樱瑥亩薟T1的限制，WT1是一種在細胞核中起作用的轉(zhuǎn)錄因子蛋白。然后釋放WT1，然后改變多個基因的活性，終包括Sox2，以使用與使用原始重編程因子時不同的事件順序來促進干細胞狀態(tài)。
WT1(Wilms腫瘤1)在一些癌癥中過量產(chǎn)生并且被認為是致癌基因。這一事實凸顯了此類研究的附加價值：幫助科學(xué)家了解癌細胞發(fā)育與干細胞狀態(tài)之間的關(guān)系。
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