Cell子刊：解開細胞重編程的長久謎團

日期：2015-08-28 08:44:43

體細胞核轉移（SCNT）是開發的第一種細胞核重編程方法。在這種方法當中，一個體細胞核被卵母細胞的細胞溶質因子快速重編程，以一種確定性的方式獲得多能性。從SCNT產生的細胞是真實的多能干細胞，更類似于來自卵母細胞受精的胚胎干細胞（ESCs）。雖然SCNT是產生多能性細胞的一種便利方法，但是這個過程仍然存在顯著的倫理爭議。隨著轉錄因子介導的iPSC重編程的出現，科學家向產生患者特異性的干細胞，邁出了重要的一步。相比較SCNT，這種方法技術上簡單，而且沒有道德關注，此外，它也對重編程和多能性的分子機制，提出了新的見解。

這種方法的缺陷在于，與SCNT相比，它不能產生合格的誘導多能干細胞。因此，可以想象，一些卵母細胞細胞質因子可能與核轉錄因子Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4協同作用，增強iPSC重編程。然而，雖然許多轉錄因子已被證明能夠增強iPSC的產生，但是大部分卵母細胞因子仍然沒有得以很好的研究。

為了改善這種情況，來自新加坡的一組研究人員在《Cell Reports》上發表一項研究，篩選出富含這些基因的20個卵母細胞，進一步誘導小鼠成纖維細胞的iPSC重編程，這些細胞已經表達了上述因子的逆轉錄病毒版本。

他們發現，唯一起作用的因素——如堿性磷酸酶陽性iPSC菌落的數量顯著增加，是T細胞白血病（TCL1）蛋白家族的成員。研究人員發現，Tcl1在細胞中的主要合作伙伴，是一個RNA結合蛋白，被稱為線粒體多核苷酸磷酸化酶（PnPase）。所以現在事情開始變得有趣。PnPase是一個具有兩種不能功能的酶，具有核糖核酸外切酶和寡核苷酸聚合酶活性。換句話說，它可以摧毀RNA鏈，以及長的雜聚尾巴。

除了自身的RNA產物之外，線粒體是各種核編碼的tRNA以及必要的氨基酰-tRNA合成酶的著名輸入器。線粒體RNA結合蛋白（如PnPase），被認為對線粒體中的RNA輸入和加工至關重要。作者發現，卵子因子可通過抑制線粒體PnPase，對新陳代謝進行重編程，對于干細胞具有超越一般的意義。

例如，雖然體細胞依靠氧化磷酸化，但多能干細胞能優先利用糖酵解作為能量來源，并且通常具有不成熟的線粒體。最近的研究工作表明，電子傳遞在增殖細胞中發揮重要作用，無論是在發育過程中，還是在癌癥中，可能只是用于合成天門冬氨酸。

通過TCL1-PNPase“開關”抑制線粒體生物合成，只是研究人員探討的一個機制。他們還發現，一個密切相關的同系物Tcl1b1，能明顯促進成纖維細胞的體細胞重編程，Tcl1b1可促進Akt激活以促進重編程，而Tcl1可通過PnPase抑制線粒體生物合成，來改變代謝組，從而提供細胞質環境，以增強體細胞編程。他們指出，至少在小鼠身上，PnPase不僅對胚胎發生，而且對于耳、肌肉和大腦的發育，是至關重要的。他們甚至認為，PnPase可能是新的線粒體替代療法的一個重要因子。

總而言之，這些研究結果有助于解開一個長久的謎團：富含細胞溶質因子的卵母細胞，是如何促進重編程的？結果證實，富含Tcl1和Tcl1b1蛋白的卵母細胞，可增強iPSCs的重編程。