干细胞著名科学家Cell子刊解析多能干细胞

　　

生物通报道：来自哈佛大学，霍德华休斯HHMI研究院的Kevin Eggan教授师承Rudolf Jaenisch，是干细胞研究领域近年来迅速崛起的科学家之一，其研究组获得多项重要的研究成果，比如转分化，比如人体细胞克隆，比如核移植技术改进等等。

近期他以“Modeling Human Disease with Pluripotent Stem Cells: from Genome Association to Function”为题，介绍了多能干细胞在人类疾病探索方面的重要作用，他指出将基因编辑技术，诱导多能干细胞技术，以及全基因组关联研究方法，DNA测序技术结合起来，将能为阐明人类疾病带来新的曙光。

在文章中，Eggan教授等人探讨了将这些技术结合起来，所面临的问题和基于，也为研究疾病相关候选基因突变提出了一种可能的工作流程。最后他们还人类多能干细胞在研究分子机理方面的重要作用。

CRISPR技术助力干细胞基因组编辑

今年1月，哈佛大学的遗传学家George Church 和他的同事利用CRISPR方法，成功编辑了几种不同的人类细胞系的基因组，其中包括诱导多能干细胞iPS。这与另外一篇Science文章首次证明了Cas9 核酸酶确实能用于编辑哺乳动物细胞基因组。

作者指出CRISPR比较于其它基因组工程技术，比如锌指核酸酶 (ZFNs) 或转录激活因子样效应物核酸酶（TALENS），具有极大的优势，CRISPR更易于操作，也具有更强的扩展性。

为了进一步比较TALENs和CRISPRs的相对作用效率，在这篇文章中，研究人员利用这两种方法利用同一平台，对同一hPSC细胞系的同一基因组位点进行了分析，结果表明CRISPRs方法的效率更高，TALENs对一个突等位基因产生克隆的效率是0%-34%，而CRISPRs方法的效率则为51%-79%，并且后者还能较容易的生成纯合子突变克隆（总克隆的7%-25%），此外这种方法也比TALENs方法敲入克隆比例高出近十倍。

研究人员推测CRISPRs的这种突出性能是由于Cas9蛋白能更高量的表达，在hPSCs中也比TALENs具有更好的耐受性，其它方面的原因也可能是由于Cas9的内源性DNA未蜷曲活性，而TALEN受损后会结合甲基化DNA等。

但是CRISPRs也存在一些缺点，其中尤其值得注意的是两点：首先G(N)₁₉NGG的要求有时会出现限制性，其次CRISPRs方法的脱靶率还有待进一步确定。

造血干细胞

西奈山伊坎医学院的研究人员将四个基因转到小鼠的成纤维细胞中，成功将其编程成为造血干细胞。在这一发现的前提下，人们将有望为特定患者量身定做造血干细胞，并将其分化成为各种血细胞用于细胞治疗。

研究人员对18个诱导血液形成活动的遗传因子进行了筛查，找出了其中的4个转录因子 Gata2、Gfi1b、cFos、Etv6，并进行了正确的组合，培育出了血管前体细胞以及随后的成纤维细胞。这些前体细胞表达了一个人类的CD34分子（其会选择性地表达于人类及其他哺乳动物的造血干/祖细胞表面，并随细胞的成熟逐渐减弱至消失）、一个Sca1（干细胞抗原-1）以及一个Prominin1（一种造血干细胞和神经干细胞的表面标志物）。

这项研究有助于科学家们未来为血液病症患者量身打造造血干/祖细胞，用于细胞替代疗法中。

干细胞分化调控新机制

来自加拿大多伦多大学的研究人员在研究中证实，干细胞分化不仅受到基因表达和转录的调控，还受到RNA选择性剪接的控制。这一研究发现对于深入了解干细胞的研究和治疗潜力具有重要意义。

研究人员发现多能干细胞与分化细胞之间，数十个选择性剪接事件存在差异，包括从前已知的多能因子FOXP1 ES细胞特异性mRNA事件。当他们测量许多已知剪接调控子的表达水平时，作者们发现其中一些在多能细胞和分化细胞之间存在显著的差异。尤其是两个调控子MBNL1和MBNL2在ES细胞中以非常低的水平表达，而在分化细胞中表达水平则高得多。

这些研究结果为后续开展更广泛的研究创造了条件。了解MBNL蛋白的确切作用机制，或许有助于确定这一调控网络的上游元件。由于ES细胞的表观遗传状态受到连续调控的影响，表观遗传与选择性剪接之间可能存在着关联。了解选择性剪接与表观遗传以及其他已知调控多能性的网络之间的相互作用，也是一个有趣的研究方向。

原文摘要：

Modeling Human Disease with Pluripotent Stem Cells: from Genome Association to Function

Mechanistic insights into human disease may enable the development of treatments that are effective in broad patient populations. The confluence of gene-editing technologies, induced pluripotent stem cells, and genome-wide association as well as DNA sequencing studies is enabling new approaches for illuminating the molecular basis of human disease. We discuss the opportunities and challenges of combining these technologies and provide a workflow for interrogating the contribution of disease-associated candidate genetic variants to disease-relevant phenotypes. Finally, we discuss the potential utility of human pluripotent stem cells for placing disease-associated genetic variants into molecular pathways.