跟踪干细胞重新编程

数年前,生物学家发现定期身体细胞可以重新编程为多能干细胞——细胞能够成为任何其他类型的细胞。这些细胞治疗许多人类疾病的良好前景。

这些诱导多能干细胞(万能)通常是由细胞中的四个基因过表达基因改造使其恢复到一个不成熟、胚胎状态。然而,在只有一小部分细胞过程工作。

现在,新的遗传标记被麻省理工学院的研究人员和怀特黑德研究所可能有助于使这一过程更有效率,让科学家们预测哪些细胞成功将变得具有多能性治疗。

新论文发表在9月13日在线版的细胞,也确定了新的组合生产万能的重组因子,根据研究人员。

鲁道夫Jaenisch为首,麻省理工学院的生物学教授和怀特黑德研究所的成员,研究基因变化的研究是第一次发生在单个细胞变得具有多能性。先前的研究只看着大量的细胞中基因表达的变化——并不是所有的会重组使其难以找出基因参与的过程。

“在以前的研究中,你无法检测预测多能性表达的一些细胞标记。本研究的很酷的部分是,你可以检测两个或三个细胞表达这些重要基因早期,从来没有做过,”蒂娜Faddah说Jaenisch实验室和研究生论文的主要作者之一。

另一个作者是约瑟夫·Buganim,怀特黑德研究所博士后。

单细胞分析

2007年,科学家们发现可以通过overexpressing四种基因重组成人细胞——Oct4、Sox2、原癌基因和Klf4。然而,在人口的细胞基因过表达,只有约1%至0.1将成为多能。

在新的研究中,Jaenisch的团队重组小鼠胚胎成纤维细胞,然后测量他们的48个基因的表达已知或怀疑参与过程中几个点多能性。这使得他们比较基因在成为多能细胞,那些没有,只有部分重新编程。

一旦重组完成,历时32和94天之间,研究人员寻找基因表达在细胞,最终成为多能。

团队发现了四种基因早期——在六天后交付的重组基因在细胞,最终成为多能:Esrrb, Utf1, Lin28 Dppa2,控制其他基因的转录参与多能性。

研究人员还发现,一些此前提议在细胞标记为多能性活跃,成为部分程序,表明这些标记不会有用的。新发现的标记,“你可以消除所有的不完全重编程的殖民地,“Buganim说。“你不想使用部分重新编程细胞则针对病人的治疗。”

看细胞的遗传图谱那么精确,研究者使用微流体系统筛查基因称为Fluidigm,然后确认结果与荧光成像技术,可以检测单股信使RNA。

不是完全随机的

研究结果还允许研究人员开发新的模型基因相互作用如何引导细胞多能性。以前,人们一直认为重组是一个随机过程,一旦四重编程基因过表达,这是一个机会的问题是否会正确激活基因特定细胞多能性。

然而,新的研究表明,只有最早阶段的过程是随机的。一旦这些偶然事件唤醒细胞的休眠的副本Sox2基因,该基因启动一个确定性的途径导致的多能性。

在早期,随机的阶段,可能有很多方面,Sox2可以激活,Buganim说。”不同的细胞会以不同的方式激活Sox2,”他说。“只要你有一个特定的组合允许Sox2的激活,你向全面重组的路上。”

新模型还预测六个因素的组合可以激活Sox2。研究人员测试了这些组合在“重编程”的细胞,发现他们成功的,有不同的效率。

“这是一个美丽的示范如何使用单细胞基因表达数据的生物信息学和预测基因的层次结构,调节重编程过程,”安德拉斯纳吉说,撒母耳Lunenfeld研究所高级研究员在多伦多,他并没有参与这项研究。

有趣的是,麻省理工学院的研究小组发现的组合,不包括任何原始重组因子。研究人员目前正在测试他们的新组合,看看他们生产更健康的万能。最严格的测试包括注射到胚胎的细胞则不能产生正常的细胞,因为它有四套染色体而不是两个。如果一个健康的动物发展的细胞,它是完全的万能产品,证明则相当于胚胎干细胞。大多数注射到胚胎的细胞则不通过这个测试。

这项研究是由美国国立卫生研究院和美国国立卫生研究院/ NCI麻省理工学院物理科学肿瘤中心。