權(quán)威干細(xì)胞刊物聚焦中國學(xué)者新成果
日期：2011-04-22 08:08:22
近期《Cell Stem Cell》聚焦了多篇中國學(xué)者的研究成果，這些成果分別是能使克隆動物出生率提高的新技術(shù)，Caspase在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS）過程中扮演的重要角色，以及建議建立人類胚胎干細(xì)胞系，iPS誘導(dǎo)多能干細(xì)胞系統(tǒng)一的命名方法。
Defects in Trophoblast Cell Lineage Account for the Impaired In Vivo Development of Cloned Embryos Generated by Somatic Nuclear Transfer
來自中科院上海生科院生化與細(xì)胞所，揚(yáng)州大學(xué)等處的研究人員確證了克隆胚胎發(fā)育失敗的關(guān)鍵原因，進(jìn)而通過修復(fù)其中缺陷，使克隆動物出生率提高了6倍。這對生命科學(xué)的核移植研究領(lǐng)域具有啟示意義，也為提高動物克隆效率以及核移植技術(shù)用于人口健康領(lǐng)域提供了理論依據(jù)。
自體細(xì)胞克隆技術(shù)問世以來，克隆胚胎發(fā)育成個體的效率一直很低。以小鼠為例，50-70%的核移植重構(gòu)胚胎在體外能發(fā)育成囊胚，但是，將這些囊胚移入假孕小鼠子宮內(nèi)，只有3%左右的囊胚能發(fā)育成克隆動物。那么，為什么大部分克隆囊胚不能發(fā)育成個體呢？一種假說認(rèn)為克隆囊胚滋養(yǎng)外胚層存在的重編程異常細(xì)胞是克隆胚胎發(fā)育失敗的主要原因。然而，這一假說一直沒有被直接證實，最近的一些間接證據(jù)顯示這一假說可能并不正確。
在這篇文章中，研究人員為了驗證這一假說，采用了一種被稱為四倍體胚胎補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)。四倍體胚胎補(bǔ)償技術(shù)是將四倍體胚胎與二倍體胚胎聚合成一個胚胎，在聚合胚胎的發(fā)育過程中，四倍體的細(xì)胞絕大部分發(fā)育成胚外組織，而胎兒則是由二倍體發(fā)育而來。
這一技術(shù)通常用于挽救二倍體胚胎由于胎盤發(fā)育缺陷導(dǎo)致的發(fā)育失敗。研究組成員林江維等人認(rèn)為，如果克隆囊胚滋養(yǎng)外胚層的確存在重編程異常細(xì)胞，并導(dǎo)致克隆胎兒發(fā)育的失敗，那么通過四倍體胚胎補(bǔ)償技術(shù)就能夠顯著提高克隆胎兒的出生效率。他們先將一個克隆胚胎與兩個四倍體胚胎聚合在一起，發(fā)現(xiàn)聚合胚胎的出生率提高了2.6倍。這說明當(dāng)克隆滋養(yǎng)外胚層嵌入具有正常功能的四倍體細(xì)胞后，克隆胎兒的發(fā)育率得到了明顯的改善。
然而，在這一實驗中，異常的克隆滋養(yǎng)外胚層細(xì)胞仍然存在于胚外組織中，會對胎兒的發(fā)育產(chǎn)生不利的影響。因此，研究人員預(yù)測將克隆囊胚的滋養(yǎng)外胚層細(xì)胞全部替換成四倍體細(xì)胞會進(jìn)一步提高克隆動物的出生率。為此，他們采用免疫手術(shù)法去掉克隆囊胚的滋養(yǎng)外胚層細(xì)胞，然后將分離出來的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞與兩個四倍體胚胎進(jìn)行聚合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)克隆動物的出生率提高了6倍。
最后，研究人員又做了一個相反的實驗，即將正常囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞與兩個克隆來源的四倍體胚胎進(jìn)行聚合，發(fā)現(xiàn)出生率與直接核移植后的克隆小鼠出生率相似。這些結(jié)果充分證明了克隆囊胚的滋養(yǎng)外胚層中存在重編程異常細(xì)胞并影響胎兒的發(fā)育。這一結(jié)果對核移植研究領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的意義，也為提高動物克隆效率以及核移植技術(shù)在人口健康領(lǐng)域（治療性克?。┑膽?yīng)用提供了重要的理論依據(jù)。
Apoptotic Caspases Regulate Induction of iPSCs from Human Fibroblasts
來自美國科羅拉多大學(xué)醫(yī)學(xué)院，中南大學(xué)癌癥研究所，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院等處的研究人員發(fā)表了題為“Apoptotic Caspases Regulate Induction of iPSCs from Human Fibroblasts”的文章，文章發(fā)現(xiàn)Caspase在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS）過程中扮演的重要角色，這對于提高iPS細(xì)胞轉(zhuǎn)化的效率，以及分析iPS細(xì)胞重編程的機(jī)制方面具有重要的意義。
Caspase是一組存在于細(xì)胞質(zhì)中具有類似結(jié)構(gòu)的蛋白酶。它們的活性位點均包含半胱氨酸殘基，能夠特異性的切割靶蛋白蛋白天冬氨酸殘基后的肽鍵，這一蛋白酶家族成員較多，在人類已經(jīng)鑒定了14種以上不同的caspase。各種caspase都富含半胱氨酸，它們被激活后，能夠在靶蛋白的特異天冬氨酸殘基部位進(jìn)行切割。之前的研究證明這些caspase與細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。
而最新的研究發(fā)現(xiàn)Caspase在體細(xì)胞重變成為iPS細(xì)胞過程中發(fā)揮重要作用，這一發(fā)現(xiàn)十分重要，因為即使轉(zhuǎn)變成iPSC的過程非常簡單，但效率一直不高，這些信息可以幫助我們提高轉(zhuǎn)化效率。此外，它還對那些像癌癥細(xì)胞一樣，無法完成轉(zhuǎn)化過程的細(xì)胞有一定的輔助作用。如果純粹從科學(xué)角度來看，這個發(fā)現(xiàn)可以幫助我們理解神奇的轉(zhuǎn)變過程的發(fā)生機(jī)制。
2006年日本京都大學(xué)的山中伸獼將4種基因轉(zhuǎn)入小鼠的皮膚纖維細(xì)胞，誘導(dǎo)其轉(zhuǎn)化為具有胚胎干細(xì)胞樣特性的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS），為世界上干細(xì)胞及再生醫(yī)學(xué)研究開啟了新的篇章。自此，全世界的科學(xué)家們開始利用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞進(jìn)行相關(guān)研究工作。然而一直以來研究者們并不清楚這一過程中細(xì)胞由分化狀態(tài)回復(fù)到未分化狀態(tài)的具體機(jī)制。
李川源教授研究組長期從事caspases研究，并證實caspases在損傷修復(fù)和再生過程中發(fā)揮了重要的作用。當(dāng)研究人員看到山中伸獼發(fā)表的論文之后，他們開始思考caspases是否有可能在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞增殖過程中發(fā)揮潛在作用。
他們在重編程的過程中同時在細(xì)胞內(nèi)導(dǎo)入caspase抑制基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)caspase表達(dá)關(guān)閉時，則無法獲得誘導(dǎo)多能干細(xì)胞。通過這種方式可以幾乎完全阻斷了細(xì)胞的重編程，研究人員利用半年時間嘗試采用不用的實驗方法，以各種caspase基因來誘導(dǎo)人類皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)閕PSC，但并沒有成功。雖然caspase不能夠誘導(dǎo)iPS細(xì)胞生成，但是研究人員始終認(rèn)為caspase必然參與了其中的某些環(huán)節(jié)。當(dāng)研究人員將caspase抑制劑導(dǎo)入到皮膚細(xì)胞中，他們發(fā)現(xiàn)完全阻斷了誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的生成。
A Call for Standardized Naming and Reporting of Human ESC and iPSC Lines
4月8日出版的Cell Stem Cell雜志刊登了來自美國麻省大學(xué)醫(yī)學(xué)院，澳大利亞墨爾本大學(xué)，上海交通大學(xué)等處的研究人員提出的“A Call for Standardized Naming and Reporting of Human ESC and iPSC Lines”這個建議。文章中提出目前人類胚胎干細(xì)胞系，以及iPS誘導(dǎo)多能干細(xì)胞系發(fā)展擴(kuò)增的速度很快，因此建議建立統(tǒng)一的命名方法，從而能完善標(biāo)準(zhǔn)化的細(xì)胞系數(shù)據(jù)庫。
這項倡導(dǎo)由麻省大學(xué)醫(yī)學(xué)院Mai X. Luong教授等人發(fā)起的，其中也包括了來自上海交通大學(xué)的曾凡一教授，這位女科學(xué)家主要從事的是遺傳和發(fā)育生物學(xué)研究，曾在2009年與中科院動物所周琪研究員的團(tuán)隊合作，在世界上首次成功地用誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞獲得了具有繁殖能力的小鼠“小小”，有力地證明了iPS具有真正的全能性。這項成果入選了美國《時代》周刊評選的2009年世界醫(yī)學(xué)十大突破。
胚胎干細(xì)胞系最早建立于1981年，是由美國和英國研究人員成功分離和體外培養(yǎng)的小鼠ESC，在此之后的20 a里，相繼從早期胚胎建立了豬、牛、兔、靈長類動物的ESC系。之后2007年，美國和日本科學(xué)家分別宣布獨立發(fā)現(xiàn)將普通皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)化為干細(xì)胞的方法，得到的干細(xì)胞稱為誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞），這種細(xì)胞具有和胚胎干細(xì)胞類似的功能，卻繞開了胚胎干細(xì)胞研究一直面臨的倫理和法律等諸多障礙，成為干細(xì)胞研究的熱點領(lǐng)域之一。
隨著胚胎干細(xì)胞和iPS細(xì)胞相關(guān)研究越來越多，各處建立的人類胚胎干細(xì)胞系和iPS細(xì)胞系也飛速增長，目前已經(jīng)積累了上千個細(xì)胞系，但是目前這些人類胚胎干細(xì)胞系仍未有一個統(tǒng)一的鑒定胚胎干細(xì)胞特征的標(biāo)準(zhǔn)，包括iPS細(xì)胞系在內(nèi)的細(xì)胞系并沒有統(tǒng)一的命名方法，這不利于胚胎干細(xì)胞和iPS細(xì)胞相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。
因此在這篇文章中，研究人員建議建立統(tǒng)一的命名方法，這樣能幫助完善標(biāo)準(zhǔn)化的細(xì)胞系數(shù)據(jù)庫，也有利于新成果的報道。
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