裴钢研究组Stem Cell发表iPS新成果

【字体: 时间:2010年06月11日 来源:生物通

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  来自中科院上海生命科学研究院生化与细胞所,同济大学生命科学与技术学院,美国梅奥临床癌症研究中心的研究人员发现小分子化合物通过E-cadherin蛋白能加速重编程过程,这为提高iPS细胞诱导效率提供了一种新策略。这一研究成果公布在国际学术期刊Stem Cells杂志上。

  

生物通报道:来自中科院上海生命科学研究院生化与细胞所,同济大学生命科学与技术学院,美国梅奥临床癌症研究中心的研究人员发现小分子化合物通过E-cadherin蛋白能加速重编程过程,这为提高iPS细胞诱导效率提供了一种新策略。这一研究成果公布在国际学术期刊Stem Cells杂志上。

领导这一研究的是现任同济大学校长的裴钢院士,裴钢院士主要从事细胞信号转导研究,是中国科学院院士、第三世界科学院院士,曾先后获得过求是科技基金会“杰出青年学者奖”、何梁何利科技进步奖、国家自然科学二等奖、上海市自然科学一等奖。在就任同济大学校长之前,裴钢担任中科院上海生命科学研究院院长,现为中国细胞生物学会理事长、亚太细胞生物学组织主席、中药全球化联盟副主席、“发育与生殖研究”重大科学研究计划专家组组长。

细胞重编程是指已经分化的细胞重新获得分化多能性的过程。诱导多能干细胞即iPS细胞是通过向体细胞中以病毒方式导入外源的四个转录因子Oct3/4,Sox2,c-Myc及Klf4而获得,具有与胚胎干细胞(ESC)相似的形态和表观遗传特征,更重要的是,二者具有相似的分化能力,即分化的全能性。iPS细胞的出现使得无伦理争议的病人特异性的干细胞获得成为可能,而由病人特异性的iPS细胞分化得到的特异性前体细胞和成熟细胞即可应用在组织器官移植治疗、基因治疗、药物筛选模型的建立、以及特异疾病分子机制的研究等多方面。了解重编程过程复杂的分子机制有利于开发更加安全和有效的iPS诱导方法。

在这篇文章中,研究人员在已有的iPS细胞诱导体系的基础上,发现细胞粘附相关分子E-cadherin蛋白在iPS形成过程中起着重要作用。E-cadherin蛋白的表达水平在细胞重编程过程的早期即开始上调;在完全重编程的iPS细胞中存在着与ES细胞中相同的由E-cadherin蛋白介导的细胞-细胞连接,下调E-cadherin的表达会降低iPS形成效率,反之,过表达E-cadherin能够促进iPS形成效率。在重编程过程中过表达E-cadherin而得到的iPS细胞具有和ES细胞一样的分化全能性。

进一步的研究发现筛选得到了两种能够通过促进E-cadherin蛋白表达而提高iPS细胞诱导效率的小分子化合物,从而提供了优化iPS细胞诱导效率的新策略。

近期裴钢研究组还获得了表观遗传学研究方面的进展,他们发现进化过程中的单一氨基酸替换增强了哺乳动物Dnmt3b甲基化基因组DNA的能力。这一研究成果公布在国际学术期刊Nucleic Acids Res上。

最新研究成果表明,Dnmt3a和Dnmt3b起源于脊椎动物产生时期附近的一次基因倍增事件,但哺乳动物Dnmt3b甲基化染色体DNA的能力显著高于Dnmt3a以及非哺乳动物的Dnmt3b。后续的序列比对和氨基酸突变实验表明,一个仅在哺乳动物Dnmt3b中存在的单一氨基酸替换I662N决定了其较高的甲基化染色体DNA的能力。

该研究组进一步的研究提示,这个氨基酸替换显著增强了Dnmt3b结合核小体DNA的能力。而且,该氨基酸替换对于Dnmt3b甲基化哺乳动物基因组中的重复序列具有重要的作用。有趣的是,他们发现在哺乳动物产生的过程中,随着这些重复序列占基因组比例的大大提高,Dnmt3b的进化速率也显著高于Dnmt3a。

(生物通:万纹)

原文摘要:

E-cadherin-Mediated Cell-Cell Contact is Critical for Induced Pluripotent Stem Cell Generation

The low efficiency of reprogramming and genomic integration of virus vectors obscure the potential application of induced pluripotent stem (iPS) cells; therefore, identification of chemicals and cooperative factors that may improve the generation of iPS cells will be of great value. Moreover, the cellular mechanisms that limit the reprogramming efficiency need to be investigated. Through screening a chemical library we found that two chemicals reported to upregulate E-cadherin considerably increase the reprogramming efficiency. Further study of the process indicated that E-cadherin is upregulated during reprogramming and the established iPS cells possess E-cadherin-mediated cell-cell contact, morphologically indistinguishable from ES cells. Our experiments also demonstrate that overexpression of E-cadherin significantly enhances reprogramming efficiency, whereas knockdown of endogenous E-cadherin by shRNA reduces the efficiency. Consistently, abrogation of cell-cell contact by the inhibitory peptide or the neutralizing antibody against the extracellular domain of E-cadherin compromises iPS cell generation. Further mechanistic study reveals that adhesive binding activity of E-cadherin is required. Our results highlight the critical role of E-cadherin-mediated cell-cell contact in reprogramming and suggest new routes for more efficient iPS cell generation.

作者简介:

裴钢:

男,1953年 12月 11日出生于辽宁省沈阳市,汉,中共党员;中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所研究员,中国科学院院士,中国科学院上海生命科学研究院院长。

主要学历:

1978/02-1981/12,沈阳药科大学(七七级)药学专业,学士;

1981/12-1984/12,沈阳药科大学药剂学专业,硕士;

1987/08-1991/12,美国North Carolina大学生物化学与生物物理系,博士。

主要学术经历:

1985/01-1986/04,沈阳药科大学药学系,讲师;

1985/08-1985/09,比利时Ghent国立大学UNIDO/WHO药物科学学习班;

1986/05-1986/12,瑞典Karolinska医学院临床药理系,访问学者;

1991/12-1995/02,美国Duke大学医学中心Howard Hughes研究所,博士后;

1995/03-2000/03,中国科学院上海细胞生物学研究所研究员、中国科学院德国Max Planck学会联合青年科学家小组负责人;

1999/10 当选中国科学院院士;

1999/10 担任中国细胞生物学会副理事长;

2000/05 担任中国科学院上海生命科学研究院院长。

主要工作及获得的荣誉:近年来在国际学术刊物发表SCI研究论文50多篇。担任国家基础研究计划(973项目)分项目负责人,中科院“十五”重大项目首席科学家、国家基金委生命科学部专家咨询组专家。担任国际学术杂志“Life Science”和《生理学报》、《实验生物学报》、“Cell Research”、《中国神经科学杂志》等杂志编委等学术职务。1996年获年国家杰出青年科学基金,1997年获(香港)求是科技基金会,1999年获“何梁何利”生命科学奖。1999 当选中国科学院院士和中国细胞生物学会副理事长。
 

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