973首席科学家JBC发表干细胞研究新成果

【字体: 时间:2013年10月30日 来源:生物通

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  来自中科院再生生物学实验室的研究人员构建出了源自β-地中海贫血患者的、非整合型(integration-free)iPS细胞,并采用基于TALEN的技术纠正了β-globin基因(HBB)突变。这一成果发表在10月23日的《生物化学杂志》(JBC)上。

  

生物通报道  来自中科院再生生物学实验室的研究人员构建出了源自β-地中海贫血患者的、非整合型(integration-free)iPS细胞,并采用基于TALEN的技术纠正了β-globin基因(HBB)突变。这一成果发表在10月23日的《生物化学杂志》(JBC)上。

论文的通讯作者是中科院“****”获得者、973首席科学家潘光锦( Guangjin Pan)研究员。其目前的主要研究领域包括人胚胎干(ES)细胞多能性及自我更新的分子生物学调控,以及人诱导性多能干(iPS)细胞的形成及临床应用的可行性实验室研究。发表SCI文章13篇。

β-地中海贫血(β-thalassemia)是一种由于β-globin基因点突变或核苷酸缺失而引起的遗传血液病。这些遗传缺陷会导致组成血红蛋白的β-globin链合成减少,异常或不合成。β-地中海贫血是世界上最常见的遗传疾病之一,患者表现为严重贫血,且寿命缩短。造血干细胞(HSC)移植是当前唯一的治疗方法,然而HLA匹配的健康供体有限给其带来了挑战。近期,开发利用病毒将正常HBB基因转导到患者自身HSC中的基因治疗方法,为无法接受骨髓移植的患者带来了希望。但由于病毒的整合,长期的安全性仍是一个受到关注的问题。

将患者的体细胞重编程成能够分化为机体所有细胞的iPS细胞,可能有潜力应用于细胞替换治疗。生成来自β-地中海贫血患者的iPSCs,纠正突变并在随后诱导分化成HSCs,为自体移植治疗这一遗传性疾病带来了极大的希望。并且,iPS细胞可以进行无限的自我更新,而不会丧失分化为所有细胞类型的能力,是原位纠正致病突变的一种理想细胞群。然而,采用标准同源重组(HR)在人类多能干细胞中进行基因打靶大多效率低下,因此阻碍了它广泛应用于疾病模型中。

锌指核酸酶(ZFNs)可通过在靶位点特异地介导双链DNA断裂,大大提高同源重组效率。研究报道在人类iPS或ES细胞中,ZFN辅助的基因打靶可达到高效率。但操控ZFNs针对特异的靶点却相当的无效且费力。近年来,转录激活因子样效应物核酸酶(TALENs)被证实可以高效识别并切割任何特定的DNA序列。研究报道在多个物种,包括斑马鱼、人类iPS和ES细胞中TALEN介导了基因打靶。与ZFN相比,TALEN的设计和构建更为容易和方便。且TALENs显示较低的脱靶效应,降低了核酸酶相关的细胞毒性。

在这篇文章中,研究人员采用非病毒方法构建出了由患者细胞衍生的非整合性β-Thal iPSCs,这两名β-地中海贫血患者携带着不同类型的纯合子突变,通过设计和利用位点特异性的TALENs研究人员纠正了HBB突变。他们证实这些iPSCs具有多能性及正常核型。并且通过测序,研究人员证实纠正过程并没有生成TALEN诱导的脱靶突变。更为重要的是,他们证实来自每名患者的、基因纠正β-Thal iPS细胞系可被诱导分化为造血祖细胞(HPCs),并进一步分化为表达正常β-globin的幼红细胞。

新研究为在β-Thal iPS细胞中纠正不同类型的β-globin突变,从而实现疾病建模及应用提供了一种有效的万能策略。

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

TALEN-mediated gene correction in integration-free β-thalassemia iPSCs

-thalassemia (β-Thal) is a group of life-threatening blood disorders caused by either point mutations or deletions of nucleotides in β-globin gene (HBB). It is estimated that 4.5% of the population in the world carry β-Thal mutants (1), posing a persistent threat to public health. The generation of patient specific induced pluripotent stem cells (iPSCs) and subsequent correction of the disease-causing mutations offer an ideal therapeutic solution to this problem. However, homologous recombination-based gene correction in human iPS cells remains largely inefficient……

 

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