Cell发布细胞重编程重大突破

【字体: 时间:2014年04月25日 来源:生物通

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  利用由8个转录因子组成的鸡尾酒,来自波士顿儿童医院的研究人员将来自小鼠的成熟血细胞重编程为了造血干细胞(HSCs)。研究人员将这些重编程细胞命名为诱导造血干细胞(iHSCs),它们具有HSCs的功能特征,能够像HSCs一样自我更新,并能够像HSCs一样生成所有的血液细胞成分。

  

生物通报道  利用由8个转录因子组成的鸡尾酒,来自波士顿儿童医院的研究人员将来自小鼠的成熟血细胞重编程为了造血干细胞(HSCs)。研究人员将这些重编程细胞命名为诱导造血干细胞(iHSCs),它们具有HSCs的功能特征,能够像HSCs一样自我更新,并能够像HSCs一样生成所有的血液细胞成分。

这些研究结果标志着朝着再生医学最热烈追求的目标:用其他的细胞类型,尤其是较成熟或分化的细胞来生成适用于造血干细胞移植(HSCT)的HSCs迈出了重要的一步。

领导这一研究小组的是波士顿儿童医院细胞和分子医学项目Derrick J. Rossi博士,他们的研究工作发布在今天的《细胞》(Cell)杂志上。

HSCs是造血干细胞移植的基本原材料,其来源包括有骨髓、脐带血和外周血。患者的造血干细胞移植能否获得成功与可供移植的HSCs数量有关:细胞数量越多,移植越有可能起效。然而,HSCs非常的稀少(延伸阅读:中科院Nature子刊发表干细胞研究新发现 )。

Rossi 说“在骨髓中细胞20,000个细胞才有一个是HSCs。如果我们能够生成来自患者其他细胞的自体HSCs,有可能能够改变移植医学,以及我们建立血液疾病发展模型的能力。”

在他们的研究中,Rossi和包括主要作者Jonah Riddell博士在内的合作者们,在来自小鼠的40种不同类型的血液细胞和血液祖细胞中筛查了基因表达。通过这样的筛查,他们鉴别出了36个只在HSCs中独特表达的转录因子。

Rossi 说:“血细胞生成朝着一个方向固定不变:从干细胞到祖细胞,再到成熟的效应细胞。我们想要逆转这一过程,利用我们发现的HSCs特异性的转录因子衍生出来自不同分化血细胞的HSCs。”

在一系列的小鼠移植实验中,Rossi研究小组发现其中6个转录因子:Hlf、 Runx1t1、Pbx1、 Lmo2、Zfp37和Prdm5,加上另外两个最初在他们的筛查中没有确定的因子Mycn和Meis1,就足以有力地将两种血液祖细胞:祖/前B细胞(pro/pre B cell)及常见的骨髓祖细胞重编程为iHSCs。

Rossi研究小组通过将源细胞暴露于一些病毒之下对它们进行了重编程,这些病毒中包含有所有8个因子的编码基因以及存在多西环素时开启这些转录因子基因的一个分子开关。他们随后将这些处理细胞移植到受体小鼠体内,通过给予小鼠多西环素来激活这些基因。

生成的iHSCs能够在移植小鼠体内产生全部的血细胞成分,表明它们获得了分化为所有血细胞谱系的能力。取自这些受体小鼠的干细胞自身能够在二次移植受体中重建血液,证明这个8因子鸡尾酒能够带来自我更新能力——HSCs的标志特征。

在进一步的工作中,Rossi研究小组用相同的8因子鸡尾酒处理了成熟的小鼠髓系细胞。当移植到小鼠体内时,再次生成了能够产生所有血液细胞谱系的iHSCs,并能够在二次移植受体体内再生出血液。

论文的共同作者、Dana-Farber/波士顿儿童医院癌症和血液疾病中心负责人之一Stuart Orkin博士指出,利用小鼠作为重编程的一种反应物标志着HSC研究的一个新方向。

“在血液研究领域,没有人有条件在组织培养皿中扩增HSCs。转而Rossi利用HSCs通常经历的一些信号通路和环境信号,让小鼠体内发生了重编程,”Orkin说。

在转录水平上iHSCs与正常HSCs几乎没有区别。iHSCs具有与HSCs非常相似的表达模式。

当前的研究结果离转化至临床移植还有相当长的一段路。8个基因对于这一重编程过程的确切贡献,以及不依赖于病毒和转录因子的一些方法能否获得相似的成果,这些问题仍有待解答。此外,也还不确定利用人类细胞能否获得相同的结果,或是其他的非血液细胞是否能够重编程为iHSCs。

但有了这些结果,Rossi研究小组已经在许多其他研究团队失败的地方取得了成功。当前状态下的iHSCs为更好地了解HSC生物学和发育提供了一个有前景的跳板。

“我们的数据表明,利用细胞重编程范例以一种与诱导多能干细胞生成相似的方式,借助于相对少的一些因子就能够获得HSCs的功能和分子特性,”Rossi说。

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

Reprogramming Committed Murine Blood Cells to Induced Hematopoietic Stem Cells with Defined Factors

Hematopoietic stem cells (HSCs) sustain blood formation throughout life and are the functional units of bone marrow transplantation. We show that transient expression of six transcription factors Run1t1, Hlf, Lmo2, Prdm5, Pbx1, and Zfp37 imparts multilineage transplantation potential onto otherwise committed lymphoid and myeloid progenitors and myeloid effector cells. Inclusion of Mycn and Meis1 and use of polycistronic viruses increase reprogramming efficacy. The reprogrammed cells, designated induced-HSCs (iHSCs), possess clonal multilineage differentiation potential, reconstitute stem/progenitor compartments, and are serially transplantable. Single-cell analysis revealed that iHSCs derived under optimal conditions exhibit a gene expression profile that is highly similar to endogenous HSCs. These findings demonstrate that expression of a set of defined factors is sufficient to activate the gene networks governing HSC functional identity in committed blood cells. Our results raise the prospect that blood cell reprogramming may be a strategy for derivation of transplantable stem cells for clinical application.


 

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