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Nature:早期的表观遗传修饰调控可以被前瞻性的鉴定出来和大量的筛选

将完全成熟的细胞暴露于几个蛋白质之下,就可以把它们重编程成为诱导多能干细胞,这一研究发现在2006年震惊了整个科学界,导致了干细胞研究大幅度增长。然而直到现在人们对于这些细胞重编程为多能细胞的确切分子步骤却仍不是很了解。


现在来自斯坦福大学的研究人员,通过鉴别出细胞在向多能状态转变的过程中表达的一些独特的细胞表面标记物,证实细胞进入到了一种从前未知的过渡状态。这一重要的研究发现发表在4月1日的《自然》(Nature)杂志上。


文章的通讯作者是斯坦福大学的Marius Wernig博士,Wernig是干细胞转分化研究领域的领军人物,他领导的研究组在将体细胞诱导转变成另外一种细胞研究方面获得了许多重要的成果,曾于2010年率先在啮齿类动物皮肤细胞中实现了将皮肤细胞转换成神经元这一转换。


Wernig说:“这完全出乎意料。人们总是认为重编程是一件简单的事情,就是将成熟细胞沿着发育信号通路往后推。这些细胞将经历两大变化:它们关闭对应初始身份的一些基因,开始表达多能基因。现在我们知道了存在一种从前未曾想到过的中间状态。”


研究人员与微生物和免疫学教授Garry Nolan实验室的同事们合作完成了这项研究。他们利用Nolan实验室开发的单细胞质谱流式细胞技术(single-cell mass cytometry),分析了重编程过程中单个细胞上表达的细胞表面分子,他们将单个细胞逐个培育于96孔板中确保了观察到的是来自一个祖细胞的有序的进程。


获得多能性


根据定义,多能干细胞可以生成体内所有的细胞。胚胎干细胞天生就具多能性,诱导多能干细胞则是由科学家们利用现有的成体细胞,例如皮肤或血细胞生成。这些iPS细胞比胚胎干细胞更容易获取,且它们与来源个体的遗传背景相匹配。


论文的主要作者、研究生Ernesto Lujan和博士生学者Eli Zunder发现,在重编程过程的早期细胞表面表达了一些不同于成纤维细胞(起始细胞类型)或完全重编程的iPS细胞的蛋白。这些蛋白包括CD73、CD 49d和CD200。当他们更细致地观测这一中间细胞群时,发现这些细胞在开始表达已知与获得多能性有关的一些基因如Rex1、Dppa2、Sox2和Nanog之前,它们正在表达编码转录因子Nr0b1和Etv5的基因。


Wernig说:“以往我们猜测经历重编程的细胞只是折返了它们的发育步骤。现在我们可以非常肯定地说情况并非如此。”


“不过仍然还有许多有待去认知。例如,在重编程早期Nr0b1和Etv5的确切工作是什么。这显然很重要。这一程序对细胞获得多能性绝对必要。”


除了更多地了解重编程过程中发生的事情,研究人员相信分离出具有中间状态细胞表面标记的细胞还可以帮助提高通常抗拒向多能状态转变的细胞类型的重编程效率。


Wernig说:“我们正越来越多地了解细胞是如何完成恢复至多能状态这一实在难以置信的任务的。现在我们知道了这一过程新的细胞生物学,这是一种独特的中间状态。”


原文链接:Early reprogramming regulators identified by prospective isolation and mass cytometry


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