iPS有缺陷吗?中国博后如是说

【字体: 时间:2009年07月23日 来源:生物通

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  约翰霍普金斯医学院细胞工程研究所的程临钊教授,早年毕业于中科大,之后获得约翰霍普金斯医学院的博士学位,从教于约翰霍普金斯大学。

  生物通报道:来自约翰霍普金斯医学院细胞工程研究所,哈佛大学等处的研究人员针对基因打靶在人胚胎干细胞中效率极低的问题,提出了一种高达80%成功率的基因打靶方法,从而建立了PNH疾病基因PIG-A定点突变的干细胞克隆。这一重要的研究成果公布在《Cell Stem Cell》杂志上。

文章的通讯作者是细胞工程研究所的程临钊教授,早年毕业于中科大,之后获得约翰霍普金斯医学院的博士学位,从教于约翰霍普金斯大学。文章的第一作者是约翰霍普金斯医学院的邹冀中博士,为了进一步了解这一研究成果,生物通特采访了邹冀中博士,就目前干细胞研究中倍受关注的一些问题请教了他。

生物通:贵研究组在人类诱导多能干细胞和胚胎干细胞中完成了一个疾病相关基因的基因打靶,这项首发性研究成果意义重大,您能具体谈一下吗?

邹博士:我们针对基因打靶在人胚胎干细胞中效率极低的问题,尝试了多种新方法来改进这一技术。通过使用锌指核酸酶(zinc finger nucleases),我们获得了高达80%的基因打靶成功率。这使得我们高效地建立了PNH疾病基因PIG-A定点突变的干细胞克隆。这样的干细胞可以用来建立PNH疾病模型,研究PIG-A是如何引起PNH疾病的。另一重要成果是我们首次展示了在人类诱导多能干细胞中可以定点修复或突变一个基因,解决了人类诱导多能干细胞未来用于干细胞治疗的一个重要技术环节。


生物通:这个疾病相关的基因是什么?

邹博士:这个疾病(阵发性睡眠性血红蛋白尿,Paroxysmal nocturnal hemoglobinuria or PNH)相关的基因叫做PIG-A。


生物通:研究中提到了锌指核酸酶(zinc finger nucleases),这种酶的作用是什么?

邹博士:这种酶可以定点识别并剪切DNA,以诱导细胞自身的机制来引入外源DNA,从而修改细胞内源基因。


生物通:自2007年iPS细胞株创建以来,短短的一年多时间里,iPS技术受到了各实验室,各大媒体刊物的密切关注,但是也有人提出实际上,iPS与真正的胚胎干细胞存在差异,您认为是这样吗?

邹博士:越来越多的实验表明不同来源的诱导多能干细胞(iPSC)之间存在差别,有的iPSC与胚胎干细胞(ESC)之间极为相近。这种极为细小的差别是源于技术上的因素,例如iPSC建立以及培养的方法,还是源于某些内在基因表达或信号传导途径的差别,仍需要更多的研究来证明。


生物通:在同一期刊中,另一研究小组(“Induced Pluripotent Stem Cells and Embryonic Stem Cells Are Distinguished by Gene Expression Signatures”)发现了iPS与胚胎干细胞的差别,您认为这是否能代表着iPS在医学上的应用存在缺陷?

邹博士:这种差别并不能证明iPSC在医学上有应用缺陷。正如不同ESC细胞系之间也有差别,这些差别可能影响干细胞分化成某种细胞的效率,但未必影响所分化成的细胞的功能。当然这种差别是非常值得我们的注意的。在iPSC能被应用在医学治疗前,很多关于安全性的研究需要做。


生物通:7月7日的《Stem Cells and Development》介绍,英国纽卡斯尔大学的科研人员首次用人类胚胎干细胞造出人造精子,但是有些科学家却表示质疑,认为这些细胞在形态上虽然具有精子的特征,但却不是真正的精细胞,您能谈一下您的看法吗?

邹博士:我只能查到这个研究的新闻报道,却无法从杂志网站上找到原文来了解研究的细节。PubMed的链接也给出Error信息。所以我不便评论。


生物通:干细胞研究如火如荼,倍受关注,您能谈一下未来干细胞发展的趋势吗?

邹博士:iPSC将仍然是干细胞的研究热点,不过焦点将从技术发展转移到机理研究上,例如iPSC的具体诱导过程及机制,以及最近所关注的iPSC和ESC的比较。另外,iPSC不能取代ESC的研究,在干细胞分化领域,针对两者的研究还需要继续。随着疾病特异性iPSC的建立,人们对疾病的研究和治疗尝试都会得到很大的推进。
(生物通:王蕾)

附:


Jizhong Zou, Ph.D
Postdoctorate Fellow(图片来源:www.stemcelllab.org)

原文摘要:

Gene Targeting of a Disease-Related Gene in Human Induced Pluripotent Stem and Embryonic Stem Cells

We report here homologous recombination (HR)-mediated gene targeting of two different genes in human iPS cells (hiPSCs) and human ES cells (hESCs). HR-mediated correction of a chromosomally integrated mutant GFP reporter gene reaches efficiencies of 0.14%0.24% in both cell types transfected by donor DNA with plasmids expressing zinc finger nucleases (ZFNs). Engineered ZFNs that induce a sequence-specific double-strand break in the GFP gene enhanced HR-mediated correction by > 1400-fold without detectable alterations in stem cell karyotypes or pluripotency. Efficient HR-mediated insertional mutagenesis was also achieved at the endogenous PIG-A locus, with a > 200-fold enhancement by ZFNs targeted to that gene. Clonal PIG-A null hESCs and iPSCs with normal karyotypes were readily obtained. The phenotypic and biological defects were rescued by PIG-A transgene expression. Our study provides the first demonstration of HR-mediated gene targeting in hiPSCs and shows the power of ZFNs for inducing specific genetic modifications in hiPSCs, as well as hESCs.

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