《Nature》超越iPS的细胞编程技术

【字体: 时间:2010年01月29日 来源:生物通

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  来自斯坦福大学干细胞生物研究所、再生医学研究中心、Howard Hughes研究所、癌症生物研究项目组的科学家开发了一项新的细胞重编程技术,这一新的技术可无需将成体细胞重回多能状态而直接编程为功能细胞,相关成果文章Direct conversion of fibroblasts to functional neurons by defined factors公布在Nature在线版上。

  

生物通报道,来自斯坦福大学干细胞生物研究所、再生医学研究中心、Howard Hughes研究所、癌症生物研究项目组的科学家开发了一项新的细胞重编程技术,这一新的技术可无需将成体细胞重回多能状态而直接编程为功能细胞,相关成果文章Direct conversion of fibroblasts to functional neurons by defined factors公布在Nature在线版上。 

 

iPS因已被证实具有多能性而备受再生医学的关注,科学家们可以将iPS细胞定向分化为所需要的任何功能细胞,这个过程为:成体细胞——iPS多能细胞——定向功能细胞。三个步骤就可以获得我们想要的功能细胞。

 

而斯坦福大学助教Marius Wernig领衔的研究组开发出一种新的细胞编程技术,成体细胞无需重回多能干细胞状态,可一步到位地编程为神经元细胞。这种技术的方程式变为:成体细胞——定向功能细胞。

 

相比而言,这一新的细胞编程技术省略了中间环节,可谓是一步到位。

 

一直以来,胚胎期以后的成体细胞被认为已经是分化完全的细胞,不具有可塑性,更不具有可逆性。因此,科学家们一直在苦苦寻觅可重新编程细胞的技术,譬如:核移植和iPS技术。当然,所有这些的终极目标都是希望将成体细胞转化为类干细胞样细胞,再转换为功能细胞,如:肌肉细胞、神经元细胞等。

 

本研究中,斯坦福大学的科学家们设想,如果有办法把成体细胞转化为干细胞样细胞,那么有没有办法直接把成体细胞直接转换为功能细胞呢?

 

斯坦福的科学家们尝试将诱导细胞定向分化为神经元细胞的转录因子导入成纤维细胞,尝试一步完成成纤维细胞——神经元细胞的转化。

 

研究小组从控制细胞分化候选基因池(19个)筛选分析,最终找出3个适合的基因,Ascl1Brn2(也称Pou3f2)和Myt1l,在体外实验中,这3个因子成功地将小鼠胚胎期的成纤维细胞和成年小鼠的成纤维细胞成功地转化为神经元细胞。

 

经过检验,通过这种方式诱导的神经元细胞表达多种神经元特异的蛋白,还可产生电位传导,发育出突触结构。

 

研究人员认为,这种可将普通成体细胞转化为功能神经元的技术对再生医学、神经疾病等具有重要的意义。

(生物通 张欢)

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生物通推荐原文检索

Nature advance online publication 27 January 2010 | doi:10.1038/nature08797; Received 9 October 2009; Accepted 6 January 2010; Published online 27 January 2010

 

Direct conversion of fibroblasts to functional neurons by defined factors

Thomas Vierbuchen1,2, Austin Ostermeier1,2, Zhiping P. Pang3, Yuko Kokubu1, Thomas C. Südhof3,4 & Marius Wernig1,2

 

Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine, Department of Pathology,

Program in Cancer Biology,

Department of Molecular and Cellular Physiology,

Howard Hughes Medical Institute, Stanford University School of Medicine, 1050 Arastradero Road, Palo Alto, California 94304, USA

Correspondence to: Marius Wernig1,2 Correspondence and requests for materials should be addressed to M.W. (Email: wernig@stanford.edu).

 

Abstract

Cellular differentiation and lineage commitment are considered to be robust and irreversible processes during development. Recent work has shown that mouse and human fibroblasts can be reprogrammed to a pluripotent state with a combination of four transcription factors. This raised the question of whether transcription factors could directly induce other defined somatic cell fates, and not only an undifferentiated state. We hypothesized that combinatorial expression of neural-lineage-specific transcription factors could directly convert fibroblasts into neurons. Starting from a pool of nineteen candidate genes, we identified a combination of only three factors, Ascl1, Brn2 (also called Pou3f2) and Myt1l, that suffice to rapidly and efficiently convert mouse embryonic and postnatal fibroblasts into functional neurons in vitro. These induced neuronal (iN) cells express multiple neuron-specific proteins, generate action potentials and form functional synapses. Generation of iN cells from non-neural lineages could have important implications for studies of neural development, neurological disease modelling and regenerative medicine.

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