颠覆山中伸弥理论的iPS研究新发现

【字体: 时间:2011年06月02日 来源:生物通

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  来自日本东北大学,京东大学的研究人员提出了iPS研究领域的新见解:由人体皮肤细胞诱导形成的iPS细胞很可能就是本来存在于皮肤和骨骼中的一种干细胞,即这一研究小组去年发现的Muse细胞(multilineage-differentiating stress-enduring),这一观点颠覆了京都大学教授山中伸弥提出的只有从外部导入特殊基因,细胞才能获得多能性的理论。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》(PNAS)杂志上。

  

生物通报道:来自日本东北大学,京东大学的研究人员提出了iPS研究领域的新见解:由人体皮肤细胞诱导形成的iPS细胞很可能就是本来存在于皮肤和骨骼中的一种干细胞,即这一研究小组去年发现的Muse细胞(multilineage-differentiating stress-enduring),这一观点颠覆了京都大学教授山中伸弥提出的只有从外部导入特殊基因,细胞才能获得多能性的理论。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》(PNAS)杂志上。

2007年山中伸弥研究组,与美国威斯康辛大学研究组同时宣布成功把人体皮肤细胞改造成类似胚胎干细胞的“万能细胞”,这种诱导多能性干细胞(iPS细胞)被认为能分化成体内所有的细胞,进而形成身体的所有组织和器官。研究人员只需导入KLF4、OCT4、SOX2和C-MYC四种基因,即可由正常体细胞转化成多能干细胞。这种多能干细胞的研究不仅具有重要的理论意义,而且在器官再生、修复和疾病治疗方面极具应用价值。

去年,来自东北大学的Mari Dezawa博士等人在人的皮肤和骨髓中又发现了一种能够发育成人体各种组织和脏器的新型干细胞,他们将其命名为Muse细胞(multilineage differentiating stress enduring cells 多系分化持续应激细胞)。这种细胞存在于成人皮肤和骨髓组织中,含有“SSEA-3”蛋白,研究人员在实验过程中给皮肤细胞添加一种特殊的酶,结果其它细胞都死亡了,只有这种细胞继续生长,之后研究人员培养了这种细胞,发现它们能够发育成神经、平滑肌、骨骼肌、肝脏等各种组织。将这种细胞移植到实验鼠受损的皮肤和肝脏以后,这种细胞就与患部结合,成长为受损组织特有的细胞。由于Muse细胞是天然细胞,所以不容易癌变,安全性高于培养时需要植入基因的iPS细胞,因此吸引了多方的关注。

Mari Dezawa博士等人在这一研究的基础上,又进行了深入研究,他们发现如果从人体皮肤的纤维母细胞中只提取Muse细胞,再植入山中伸弥培养iPS细胞时使用的4种基因,就能获得数量相当于传统方法30倍的iPS细胞,而如果利用人体皮肤中纤维母细胞中的其他细胞进行实验,使用同样的方法,则完全没有获得iPS细胞。

因此研究人员认为在利用人体皮肤细胞诱导培养iPS细胞的时候,很可能只有混在其中的Muse细胞才能发育成iPS细胞,这也就是说只有特定的细胞才能被诱导培养成iPS细胞,符合的是精选模式,而不是随机模式。

Mari Dezawa博士研究组曾在04年发现了一个控制一种骨髓细胞生长的方法,从而使其变成肌肉细胞,这种骨髓细胞应该比较容易地从病人而不是成年干细胞中分离出来。科学家把这些肌肉细胞移植到有肌肉损伤的小鼠和大鼠身上后,新细胞似乎能帮助修补受伤的组织。研究人员曾将类似的方法用于来自骨髓的成年干细胞,但是干细胞的数量比这项研究中用的形成连接组织的基质细胞少得多。之后他们培养了来自人类和大鼠骨髓的基质细胞,改造它们使其表达信号分子Notch的一部分。研究人员认为,当这些细胞被注射到患有肌营养不良症的模式鼠身上后,新的细胞分化成成熟的肌肉纤维,并能持续协助肌肉的再生,不需要第二次移植。

(生物通:万纹)

原文摘要:

Multilineage-differentiating stress-enduring (Muse) cells are a primary source of induced pluripotent stem cells in human fibroblasts

The stochastic and elite models have been proposed for the mechanism of induced pluripotent stem (iPS) cell generation. In this study we report a system that supports the elite model. We previously identified multilineage-differentiating stress-enduring (Muse) cells in human dermal fibroblasts that are characterized by stress tolerance, expression of pluripotency markers, self-renewal, and the ability to differentiate into endodermal-, mesodermal-, and ectodermal-lineage cells from a single cell. They can be isolated as stage-specific embryonic antigen-3/CD105 double-positive cells. When human fibroblasts were separated into Muse and non-Muse cells and transduced with Oct3/4, Sox2, Klf4, and c-Myc, iPS cells were generated exclusively from Muse cells but not from non-Muse cells. Although some colonies were formed from non-Muse cells, they were unlike iPS cells. Furthermore, epigenetic alterations were not seen, and some of the major pluripotency markers were not expressed for the entire period during iPS cell generation. These findings were confirmed further using cells transduced with a single polycistronic virus vector encoding all four factors. The results demonstrate that in adult human fibroblasts a subset of preexisting adult stem cells whose properties are similar in some respects to those of iPS cells selectively become iPS cells, but the remaining cells make no contribution to the generation of iPS cells. Therefore this system seems to fit the elite model rather than the stochastic model.
 

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