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科学家建立小分子化合物诱导人成纤维细胞转化为神经细胞的新方法

8月6日,国际学术期刊Cell Stem Cell在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所裴钢研究组的最新研究成果“Direct conversion of normal and Alzheimer's disease human fibroblasts into neuronal cells by small molecules”,报道了该组应用小分子化合物组合诱导人成纤维细胞转化为神经细胞的最新成果,这种化合物诱导的人神经细胞(hciNs)具有与对照神经元相似的电生理特性,具有神经元基因表达谱特征,他们还利用小分子化合物将家族性阿尔兹海默症病人的成纤维细胞诱导成神经细胞(hciNs),这些转化获得的神经细胞表现出阿尔兹海默症的部分病理特征。同期Cell Stem Cell还刊登了北京大学邓宏魁研究组关于利用纯化合物组合诱导鼠源成纤维细胞转分化为神经元的报道。


终末分化的体细胞可以通过强制表达一些特异的转录因子而被重编程为多能干细胞,表明细胞的命运是可逆转的。不同谱系特异的转录因子的组合还可以直接将人和鼠的体细胞直接转分化为心肌细胞、肝细胞或神经细胞,为疾病模型的构建及再生医学提供了可供选择的途径。然而,这些通过强制表达外源基因实现重编程或转分化的方法却限制了其应用。因此人们一直致力于控制外源基因的表达并尽可能减少外源转录因子的使用。人们已发现一些细胞可渗透的小分子化合物可以促进细胞的重编程。


此外一些小分子化合物组合可以将小鼠的成纤维细胞诱导到多能性的状态。该研究组之前的研究也表明通过合适的化合物组合可以将小鼠成纤维细胞和人尿上皮细胞诱导成神经祖细胞。


在裴钢、赵简以及禹永春的指导下,胡文祥、裘斌龙和关武强等人尝试通过小分子化合物的组合将人的成纤维细胞直接转分化为神经细胞。他们的成果表明一些小分子化合物可以诱导正常人和阿尔兹海默症病人成纤维细胞直接向神经细胞转化。化合物组合中包括HDAC抑制剂VPA,GSK3抑制剂CHIR99021,TGFβ抑制剂Repsox,cAMP激活剂Forskolin,JNK抑制剂SP600125,PKC抑制剂GO6983和ROCK抑制剂Y-27632。由成纤维细胞经化合物诱导转分化获得的神经元表现出典型神经元形态并且表达包括NeuN和成熟蛋白标记物突触素(Syn)等一系列神经元标记物。


诱导产生的hciN细胞成熟后表现自发钙瞬变特征且能够产生重复动作电位、快速钠内向电流和自发性突触后电流等,表明hciN细胞可以形成功能性突触。有趣的是,研究者发现神经祖细胞基因Sox2,PAX6,Foxg1或Nestin在诱导过程中未见表达,表明这一化合物诱导方法使人成纤维细胞快速退出细胞周期,直接转分化生成hciN细胞。


进一步地,该化合物也可以用于神经性疾病模型的构建。该研究组成功地应用化合物组合将携带突变的家族性阿尔茨海默症(FAD)病人的成纤维细胞诱导成神经细胞。这些病人来源的hciNs表现出相应淀粉样蛋白分泌异常等相关病理特征。表明该化合物诱导策略是生成患者特异性神经元细胞的可行性方法,为神经系统疾病模型的构建、相关机制研究和药物筛选提供一个有用并可行的方法。

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该项工作是由中科院上海生科院生化与细胞所、同济大学、上海东方医院、复旦大学、湘雅医院、中科院上海生科院/上海交大医学院健康科学研究所和中科院上海生科院计算生物学研究所等多个研究组紧密合作、共同完成的,并获得了中科院、科技部、上海张江干细胞基地及卫生部等的支持。该成果数据收集工作得到生化与细胞所公共技术服务中心以及国家蛋白质科学研究(上海)设施的支持。


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