Cell Res:高效诱导体细胞重编程新方法

【字体: 时间:2010年07月13日 来源:生物通

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  来自中科院上海生化研究所分子细胞生物学实验室的研究人员建立了一种高效诱导体细胞重编程的研究系统,他们三种重编程因子结合到一种方法中,大大地促进了体细胞重编程的效率。这一研究成果公布在《Cell Research》杂志上。

  

生物通报道:来自中科院上海生化研究所分子细胞生物学实验室的研究人员建立了一种高效诱导体细胞重编程的研究系统,他们三种重编程因子结合到一种方法中,大大地促进了体细胞重编程的效率。这一研究成果公布在《Cell Research》杂志上。

领导这一研究的是生化与细胞所李劲松研究员,其早年毕业于江西农业大学,曾在美国洛克菲勒大学从事博士后研究,2007年8月起任中科院上海生科院生物化学与细胞生物学研究所研究员,研究组长。

体细胞重编程具有重要的理论和实践意义,目前能诱导体细胞重编程的方法主要有核移植(nuclear transfer, NT)、细胞融合(cell fusion)及诱导多能干细胞技术(induce pluripotent stem cell, iPS cell)。然而,这些方法的效率都非常低,大大地限制了对重编程机制的研究。

在核移植、细胞融合及诱导多能干细胞技术中,母源因子、干细胞的核因子以及转录因子分别起到了重编程体细胞的作用,研究人员将这三种重编程因子结合到一种方法中,大大地促进了体细胞重编程的效率。他们将体细胞的核注入到未去核的卵母细胞中,经过激活、体外培养等过程,最后有30%的重构卵能形成胚胎干细胞系,即平均每三个卵母细胞能够成功地诱导一个体细胞发生重编程,这远远高于平均每10个去核卵母细胞诱导一个体细胞重编程为胚胎干细胞的效率。在这一过程中,母源因子、孤雌发育胚胎的核因子以及孤雌发育胚胎中的Oct4等转录因子的表达都对体细胞的核产生重编程的作用。

另外,研究人员还证明在卵母细胞核存在的情况下,活化的卵母细胞仍然具有较强的重编程体细胞的能力。最后,他们将建立的胚胎干细胞系注入到具有免疫能力的B6D2F1小鼠体内,发现所有的细胞系都能够形成畸胎瘤,证明通过这种新的重编程方法建立的胚胎干细胞系都具有组织相容性,这为疾病的研究和治疗提供了一种新的细胞来源。

这一方法的建立为体细胞重编程的研究提供了一条简单、高效的途径。该项工作得到了国家科技部、国家自然科学基金、中科院及上海市科委的经费支持。

(生物通:万纹)

原文摘要:

High-efficiency somatic reprogramming induced by intact MII oocytes.
Yang H, Shi L, Zhang S, Ling J, Jiang J, Li J.

Laboratory of Molecular Cell Biology, Institute of Biochemistry and Cell Biology, Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences, 320 Yueyang Road, Shanghai 200031, China.

Abstract
Somatic nuclei can be reprogrammed into a pluripotent state by nuclear transfer, cell fusion and expression of transcription factors. However, these reprogramming processes are very inefficient, which has greatly hindered efforts to elucidate the underlying molecular mechanisms. Here, we report a new reprogramming strategy that combines the advantages of all three reprogramming methodologies into one process. We injected nuclei from cumulus cells into intact MII oocytes. Following activation, 80% of the reconstructed embryos developed to the blastocyst stage, and tetraploid (4N) embryonic stem (ES) cell lines were generated at a rate of 30% per reconstructed oocyte. We also generated triploid (3N) ES cells after injection of somatic nuclei into activated oocytes. 4N and 3N ES cells expressed pluripotent markers and differentiated into cell types of three embryonic germ layers in vivo. Moreover, all ES cells generated histocompatible, differentiated cells after being engrafted in immunocompetent B6D2F1 mice, showing that ES cells derived from this reprogramming strategy might serve as a source of genetically tailored tissues for transplantation. Thus, we have established a simple and highly efficient reprogramming procedure that provides a system for investigating the molecular mechanisms involved in somatic reprogramming.Cell Research advance online publication 6 July 2010; doi: 10.1038/cr.2010.97.

作者简介:

李劲松

研究员,课题组长,博士生导师

电话:54921422
E-mail: jsli@sibs.ac.cn


个人简介:
1993年7月毕业于江西农业大学畜牧兽医系,获理学学士学位;1996年7月毕业于扬州大学畜牧兽医学院,获理学硕士学位;2002年7月毕业于中国科学院动物研究所,获理学博士学位;2002年8月至2007年7月在美国洛克菲勒大学从事博士后研究;2007年8月起任中科院上海生科院生物化学与细胞生物学研究所研究员,研究组长。

研究方向:体细胞重编程与诱导多能干细胞

研究工作:

体细胞重编程(somatic reprogramming)指的是分化的体细胞在特定的条件下被逆转后恢复到全能性状态或多能性状态,或者形成多能干细胞系,或者进一步发育成一个新的个体的过程。诱导体细胞重编程的方法有许多,如核移植、细胞融合、细胞提取物诱导、化学诱导以及诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cell, Ipsc)技术等。但到目前为止,能诱导体细胞产生具有功能的重编程的方法只有核移植和iPS技术,其他的方法只能在细胞、分子或生化水平上产生诱导。然而所有这些诱导体细胞重编程的技术都很不成熟,效率很低,体细胞重编程的机制还不清楚。虽然如此,体细胞重编程却有着非常广泛的应用前景,不仅在基础理论研究中,而且在应用研究中,例如家畜繁殖、动物保护以及人口健康等领域都有着重要的作用。因此,研究体细胞重编程的机制,提高重编程的效率以及开展体细胞重编程的应用研究显得尤为必要和紧迫。

本实验室将开展以下几方面的研究:
(1)完善核移植及iPS技术诱导体细胞重编程的方法,提高体细胞重编程的效率;
(2)探讨核移植与iPS技术诱导体细胞重编程的机制;
(3)建立新的诱导体细胞重编程的方法;
(4)开展体细胞重编程的应用研究。

代表性论文:

Li L, Sun L, Gao F, Jiang J, Yang Y, Li C, Gu J, Wei Z, Yang A, Lu R, Ma Y, Tang F, Kwon SW, Zhao Y, Li Jinsong & Jin Y. Stk40 links the pluripotency factor Oct4 to the Erk/MAPK pathway and controls extraembryonic endoderm differentiation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010 Jan 26, 107(4):1402-1407 .
Huang J, Chen T, Liu X, Jiang J, Li Jinsong, Li D, Liu X, Li W, Kang J & Pei G. More synergetic cooperation of Yamanaka factors in induced pluripotent stem cells than in embryonic stem cells. Cell Research 2009, 19:1127-1138.
Li C, Yu H, Ma Y, Shi G, Jiang J, Gu J, Yang Y, Jin S, Wei Z, Jiang H, Li Jinsong & Jin Y. Germline-competent mouse-induced pluripotent stem cell lines generated on human fibroblasts without exogenous leukemia inhibitory factor. PLoS One 2009 Aug, 4(8):e6724
Li Jinsong & Mombaerts Peter. Nuclear transfer-mediated rescue of the nuclear genome of nonviable mouse cells frozen without cryoprotectant.. Biol. Reprod. 2008 Oct, 79(4):588-593. Epub 2008 May 28.
Li Jinsong*, Guasch Geraldine*, Greco Valentina*, Fuchs Elaine & Mombaerts Peter. Cloned mice from Skin Stem Cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007 Feb 13, 104(8),2738-2743. (*: co-first authors). (Highlighted by Nature methods, 2007:4(4):298-299)
Li J, Ishii T, Wen D, Mombaerts P. Non-equivalence of cloned and clonal mice. Current Biology, 2005;15(18): R756-R757.
Li J, Ishii T, Feinstein P, Mombaerts P. Odorant receptor gene choice is reset by nuclear transfer from mouse olfactory sensory neurons. Nature, 2004;428, 393-398. (News Feature in Nature, 2004:428,362-364)
Han Z, Chen D, Li J, Sun Q, Wan Q, Kou Z, Rao G, Lei L, Liu Z, Fang S. Mitochondrial DNA heteroplasmy in calves cloned by using adult somatic cell. Mol Reprod Dev, 2004;67(2):207-214.
Zhu Z, Chen D, Li J, Lian L, Lei L, Han Z, Sun Q. Rotation of meiotic spindle is controlled by microfilaments inmouse oocytes. Biology of Reproduction, 2003;68, 943-946.
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Wen D, Yang C, Cheng Y, Li J, Liu Z, Sun Q, Zhang J, Lei L, Wu Y, Kou Z, Chen D. Comparison of developmental capacity for intra- and interspecies cloned cat (Felis catus) embryos. Mol Reprod Dev., 2003;66(1): 38-45.
Chen Y, He Z, Liu A, Wang K, Mao W, Chu J, Lu Y, Fang Z, Shi Y, Yang Q, Chen D, Wang M, Li J, Huang S, Kong X, Shi Y, Wang Z, Xia J, Long Z, Xue Z, Ding W, Sheng H. Embryonic stem cells generated by nuclear transfer of human somatic nuclei into rabbit oocytes. Cell Research, 2003;13(4): 251-263.
Chen D*, Li J*, Han Z, Lei L, Liu Z, Kou Z, Ma S, Du Q, Sun Q. Somatic cell bovine cloning: efficiency of donor cells from femaleand male using different recipient cows. Chinese Science Bulletin, 2003;48(6):549-554. (*Co-first authors)
Li J, Chen D, Han Z, Zhu, Z, Wen D, Liu Z, Wang M, Lian L, Du J, Wang P, Zhang H. Development of interspeices reconstructed giant panda embryos. Chinese Science Bulletin, 2003;47(6): 467-469.
Chen D, Wen D, Zhang Y, Sun Q, Han Z, Liu Z, Shi P, Li J, Xianyu J, Lian L, Kou Z, Wu Y, Chen Y, Wang P, Zhang H. Interspeices implantation and mitochondria fate of panda-rabbit cloned embryos. Biol Reprod, 2002;67:637-642.
Han Z, Chen D, Li J, Sun Q, Wang P, Huang Y, Du J. The culture of fibroblasts from diaphragm of Giant Panda. 2001. In Vitro Cell Dev Biol, 2002;37:644-645.
Li G, Chen D, Lian L, Sun Q, Wang M, Liu J, Li J, Han Z. Viable rabbits derived from reconstructed oocytes by germinal vesicle transfer after intracytoplamic sperm injection (ICSI). Mol Reprod Dev, 2001;58:180-185.
Ding B, Shi P, Xian Y, Zhang Y, Chen D, Sun Q, Li G, Wang M, Liu J, Han Z, Song X, Li J, Chen Y. Microsatellite DNA analysis prove nucleus of interspecies reconstructed blastocyst coming from that of donor giant panda. Chinese Science Bulletin, 2000;45(20):1883-1885.
Liu J, Wang M, Lian L, Li j, Gao S, Han Z, Sun Q, Song X, Zhang D, Li Y, Xu Z, Chen D. Nuclear Transfer Using Nonquiescent Adult Fibroblasts from a Bovine Ear. Chinese Science Bulletin, 1999, 44(21): 1971-1974.
Chen D, Sun Q, Liu J, Li G, Lian L, Wang M, Han Z, Song X, Li J, Sun Q, Chen Y, Zhang Y, Ding B. The Giant Panda Somatic Nucleus can dedifferentiate in Rabbit Ooplasm and Support Early Development of the Reconstructed Egg. Science in China, 1999;42(4): 346-353.

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