Nature：两项里程碑式干细胞研究成果

　　

生物通报道：在本期（2月25日）《Nature》杂志上，来自斯坦福大学的两个研究小组分别发表文章，报道了绕过诱导多功能干细胞这一步骤，直接将实验鼠皮肤细胞转化为神经细胞，和iPS研究中DNA甲基化问题这两项重要的研究成果，前者为干细胞再生医学研究提出的新课题，后者解决了iPS研究中的一项重要瓶颈问题。

在第一篇文章中，来自斯坦福大学的研究人员发现利用和用来产生iPS细胞的转录因子截然不同的转录因子的一个混和组合，可以对成熟的分化细胞进行引导，在试管中形成功能性神经元，而不需将成纤维细胞逆转到某种胚胎状态，这对理解细胞分化及再生医学研究均具有重要意义。

研究人员首先选择了19个与细胞重组或神经发展有关的基因，然后利用慢病毒将这些基因植入来自实验鼠胚胎的皮肤细胞中。32天后，其中一些皮肤细胞开始向神经细胞转化。研究人员随后筛选出3个基因，并再次利用慢病毒将其植入来自成年实验鼠尾部的皮肤细胞。一周内，约20％的实验鼠皮肤细胞转化为神经细胞。这些神经细胞不但可以表达神经蛋白，而且可与实验室中的其他神经细胞形成突触。

这项研究为再生医学开辟了新领域，诱导多功能干细胞可以转化为人体所需的各种器官和组织，在医疗领域的应用前景非常广阔，但其局限性也非常明显：转化时间较长；效率不高，一般在1％至2％之间；具有安全隐患——将皮肤细胞转化为诱导多功能干细胞的过程需要使用病毒，有引发癌症的风险，而这项研究绕开了这些缺陷，转换效率高，且时间短，未来这项研究有可能成为再生医学研究的又一亮点。

另外一篇文章中，研究人员发现AID蛋白（activation-induced cytidine deaminase，该蛋白以其在产生抗体多样性中所起作用而知名）是活性DNA去甲基化的启动及以多能性为方向的核重新编程所必需的。

从分化细胞生成iPS细胞（即诱导多能干细胞）仍是一个缓慢、低效的过程，其中DNA甲基化是一个瓶颈。DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。在甲基转移酶的催化下，DNA的CG两个核苷酸的胞嘧啶被选择性地添加甲基，形成5－甲基胞嘧啶，这常见于基因的5'-CG-3'序列。大多数脊椎动物基因组DNA都有少量的甲基化胞嘧啶，主要集中在基因5＇端的非编码区，并成簇存在。

研究人员构建了一个异核体细胞（融合了小鼠胚胎干细胞和人类成纤维细胞），这种异核体诱导的速度比正常的体细胞诱导速度快很多，仅需1天时间，诱导效率高达70%。

采用小分子RNA介导的基因敲除结果显示启动子去甲基化及OCT4 (亦称为POU5F1)的诱导、NANOG基因的表达必需依赖活化诱导的胞嘧啶核苷脱氨酶(AID, 亦称为AICDA)。在成纤维细胞中，AID蛋白结合到沉默的甲基化的OCT4和NANOG启动子上，但在胚胎干细胞中不会结合到活性去甲基化的启动子上。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Reprogramming towards pluripotency requires AID-dependent DNA demethylation

Reprogramming of somatic cell nuclei to yield induced pluripotent stem (iPS) cells makes possible derivation of patient-specific stem cells for regenerative medicine. However, iPS cell generation is asynchronous and slow (2–3 weeks), the frequency is low (<0.1%), and DNA demethylation constitutes a bottleneck. To determine regulatory mechanisms involved in reprogramming, we generated interspecies heterokaryons (fused mouse embryonic stem (ES) cells and human fibroblasts) that induce reprogramming synchronously, frequently and fast. Here we show that reprogramming towards pluripotency in single heterokaryons is initiated without cell division or DNA replication, rapidly (1 day) and efficiently (70%). Short interfering RNA (siRNA)-mediated knockdown showed that activation-induced cytidine deaminase (AID, also known as AICDA) is required for promoter demethylation and induction of OCT4 (also known as POU5F1) and NANOG gene expression. AID protein bound silent methylated OCT4 and NANOG promoters in fibroblasts, but not active demethylated promoters in ES cells. These data provide new evidence that mammalian AID is required for active DNA demethylation and initiation of nuclear reprogramming towards pluripotency in human somatic cells.