专访裴端卿:缔造iPS中国式美丽传说

【字体: 时间:2010年07月22日 来源:生物通

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  作为去年《Nature Methods》的年度技术,iPS这颗耀眼的新星当之无愧,在过去几年中,iPS技术发展迅猛,创造出了一个又一个传奇式的生命科学研究跨越。其中令人欣喜的是,国内这方面的研究不落人后,反而在某些领域更进一步,一些代表性人物更是在iPS技术发展领域获得了许多飞跃性的成果,缔造了iPS中国式的美丽传说。

  

生物通报道:作为去年《Nature Methods》的年度技术,iPS这颗耀眼的新星当之无愧,在过去几年中,iPS技术发展迅猛,创造出了一个又一个传奇式的生命科学研究跨越。其中令人欣喜的是,国内这方面的研究不落人后,反而在某些领域更进一步,一些代表性人物更是在iPS技术发展领域获得了许多飞跃性的成果,缔造了iPS中国式的美丽传说。

来自中科院广州生物医药与健康研究院的裴端卿教授就是其中的耕耘者之一,近期其研究小组在iPS细胞重编程过程研究方面又获得了突破性里程碑式成果,相应论文发表在干细胞研究顶级刊物《Cell Stem Cell》杂志上,这一杂志还特别将这一论文的发表日期选在第8届国际干细胞大会的开幕当天在线发表,以突显其重要性,这一成果公布后倍受本领域专家的密切关注。为了更深入了解这一重大成果,生物通特联系了裴端卿教授,就读者感兴趣的一些问题请教了他。

逆转——研究突破关键词

iPS细胞是通过导入KLF4、OCT4、SOX2和C-MYC四种基因,将正常体细胞逆转重编程而来的细胞,在这项最新研究刚开始的时候,裴教授研究组就发现这四种基因感染后的小鼠成纤维细胞很快能变成类似上皮细胞的形态,这与正常发育中常见的上皮细胞向间充质细胞转换(EMT)刚好相反,从而提示形成诱导多能干细胞的重编程过程可能的启始机制,这个过程也正好体现IPS是细胞命运逆转的发现,因此可以说“逆转”是这项研究突破的关键词。

近年来iPS技术研究成果不断涌现,但是还存在许多重要问题需要解决:诱导机理不明和诱导效率低下便是其中最为重大的两个核心问题。四年来,国际干细胞研究领域一直关注诱导干细胞形成的分子机制机理,但缺乏关键性突破。

在这篇最新的文章中,研究人员揭示了形成诱导多能干细胞的重编程过程的启始机制。他们发现这四个重编程因子协同作用,在抑制维系成纤维细胞特征的关键转录因子Snail和Tgfb信号传达的同时也激活了表皮细胞特征基因表达,启动间充质-表皮细胞转换过程(MET),从而打开了通向多能干细胞的道路,启动体细胞重编程为多能干细胞的过程。这一发现不仅是诱导多能干细胞机理研究突破性里程碑,也为继续改进诱导多能干细胞技术提供了理论依据。

二年时间验证假说

裴教授研究组在发现小鼠成纤维细胞变成类似上皮细胞的这个过程,与正常发育中常见的上皮细胞向间充质细胞转换(EMT)过程刚好相反之后,花费了二年的时间来证明这一假说。他们发现了oct4/sox2/klf4/myc这4个因子是通过协作,抑制成纤维细胞的特征与维持分子体系、开启上皮细胞的命运决定程序、从而开启ips过程。

在这二年里,裴教授研究组的研究人员运用了系统的芯片技术,细胞生物学,分子生物学与表关遗传学等其它相关的手段,其中的关键在于他们早期对iPS的理解与观察,特别是对EMT/MET过程的认识。

除此之外,研究人员还发现培养基的Tgfb较多,MEF细胞也表达Tgfb, 能抑制MET,也强烈抑制ips形成。用来诱导iPS形成的四个因子中,oct4/sox2/myc联合作用,抑制细胞的tgfB信号传导,也就是抑制EMT,才能使重编程过程能够开始。但抑制EMT本身是不足以开启重编程的,这里,klf4起了关键作用。klf4启动了整个上皮细胞形成程序,将成纤维细胞变为上皮类细胞,迈出了体细胞重编程的第一步。

iPS技术是胚胎干细胞多能性机制与理论的具体应用

这项研究成果对于iPS应用到临床具有重要的意义,具体表现在为进一步改进ips技术提供理论根据,也为此技术的安全性提供研究平台。iPS技术吸引了全球上百个大型实验室的研究兴趣,在谈到如何被吸引到这项研究中来的时候,裴教授说,“我们研究胚胎干细胞的多能性维持机制的目的之一就是想让已经失去多能性的体细胞重新获取多能性。所以我们进入ips领域很自然,就象看到EMT就能想到MET一样,ips技术是胚胎干细胞多能性机制与理论的具体应用!”

另外在访谈中,裴教授也提出了对于加入其研究者的学生的要求,他认为从事生命科学研究需要具备好奇,勇敢,执着,开朗等素质,才能全身心的投入到科学研究中来。

(生物通:王蕾)

原文摘要:

A Mesenchymal-to-Epithelial Transition Initiates and Is Required for the Nuclear Reprogramming of Mouse Fibroblasts

Epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) is a developmental process important for cell fate determination. Fibroblasts, a product of EMT, can be reset into induced pluripotent stem cells (iPSCs) via exogenous transcription factors but the underlying mechanism is unclear. Here we show that the generation of iPSCs from mouse fibroblasts requires a mesenchymal-to-epithelial transition (MET) orchestrated by suppressing pro-EMT signals from the culture medium and activating an epithelial program inside the cells. At the transcriptional level, Sox2/Oct4 suppress the EMT mediator Snail, c-Myc downregulates TGF-β1 and TGF-β receptor 2, and Klf4 induces epithelial genes including E-cadherin. Blocking MET impairs the reprogramming of fibroblasts whereas preventing EMT in epithelial cells cultured with serum can produce iPSCs without Klf4 and c-Myc. Our work not only establishes MET as a key cellular mechanism toward induced pluripotency, but also demonstrates iPSC generation as a cooperative process between the defined factors and the extracellular milieu.

作者简介:

裴端卿
博士
中国科学院广州生物医药与健康研究院

现任中国科学院广州生物医药与健康研究院院长,教授,国家“863计划”生物医药领域专家, 国家中长期科技发展纲要“生殖与发育”重大研究计划专家,国家基金委杰出青年。目前承担获国家自然科学基金重点项目,国家973项目,中科院知识创新基金多项; 担任生物化学杂志(Journal of Biological Chemistry)编委,细胞研究杂志(Cell Research)编委,亚太干细胞网络执委,广州干细胞与再生医学技术联盟理事长。其代表性学术成果发表在Nature,Cell stem cell, PNAS, JBC 等国际期刊上,共计70多篇论文,引用达3000余次.

 

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