Nat Biotechnol:對人多能性幹細胞進行定製化轉錄因子編程,產生數...

2020-12-20 生物谷

2020年12月5日訊/

生物谷

BIOON/---誘導性多能

幹細胞

（iPS）有潛力轉化為多種細胞類型和組織，用於藥物測試和細胞替代療法。然而，這種轉化的「配方」往往很複雜，難以實現。在一項新的研究中，來自德國德勒斯登工業大學再生治療中心、波恩大學和美國哈佛大學的研究人員發現了一種利用轉錄因子系統性地從

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細胞中快速和輕鬆地獲取神經元、結締組織細胞和血管細胞等數百種不同細胞的方法。他們通過非營利組織Addgene獲得這些轉錄因子。相關研究結果近期發表在Nature Biotechnology期刊上，論文標題為「A comprehensive library of human transcription factors for cell fate engineering」。

圖片來自Nature Biotechnology, 2020, doi:10.1038/s41587-020-0742-6。

這些研究人員對結締組織細胞進行重編程使之轉變為人iPS細胞。在原則上，iPS細胞可以用來獲得從神經元到血管細胞的各種分化細胞。論文共同通訊作者、德勒斯登工業大學再生治療中心的Volker Busskamp教授解釋說，「大多數分化方案都非常費力和複雜。不可能在單一培養物中以可控的方式同時從

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細胞中獲得不同類型的細胞。」

這些研究人員想要用簡單的「配方」取代複雜的分化方案。通過大規模的篩選過程，他們共發現了290種可以快速有效地將iPS細胞重編程為靶細胞的DNA結合蛋白。他們能夠證實，在每種情況下，只需一種轉錄因子就足以在4天內讓

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細胞發生分化而產生神經元、結締組織細胞、血管細胞和神經膠質細胞。神經膠質細胞作為「絕緣體（insulator）」包被著神經元。

幹細胞分化的基因開關

這些研究人員利用自動化過程，將各自的轉錄因子和其他控制元件的DNA序列導入iPS細胞基因組中。所導入的轉錄因子可以通過添加小分子來激活，從而使得一些經過基因改造的iPS細胞轉化為分化細胞，隨後就可以利用細胞標誌物區分和自動分類

幹細胞

和分化細胞。他們隨後研究了相比於

幹細胞

，分化細胞中某種轉錄因子的含量有多少。Busskamp解釋說，「差異越大，各自的轉錄因子似乎對

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細胞轉化為分化細胞越重要。」

這些研究人員用這種方法在三種不同的

幹細胞

系上共測試了1732種潛在的轉錄因子。他們發現，290種不同的轉錄因子對iPS細胞轉化為分化細胞有影響。這是一個新的領域，因為所發現的241種轉錄因子的

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細胞編程特性之前是未知的。他們以神經元、結締組織細胞、血管細胞和神經膠質細胞為例，進行了各種測試，表明轉化後的細胞在功能能力上與人體細胞非常相似。

新發現為未來的研究帶來了新的可能性

Busskamp說，「這些鑑定出的轉錄因子的優勢在於，它們能夠特別快速和容易地將

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細胞轉化為體細胞，而且它們也有可能被用來形成更複雜的組織。」之前需要數周甚至數月的時間，而如今只需幾天就可實現。無需昂貴費時的分化方案，在大規模篩選中鑑定出的一種轉錄因子足以做到這一點。

論文共同通訊作者、哈佛大學的George M. Church教授說，「這些結果開闢了新的可能性。使用轉錄因子進行幹細胞編程的多樣性、簡單性和速度使得進行大規模的幹細胞研究成為可能。在全球範圍內，已經有50個其他的研究小組在使用我們的可編程

幹細胞

系和轉錄因子庫（transcription factor library）。」

論文第一作者、哈佛大學的Alex H.M.Ng和Parastoo Khoshaklagh目前已在美國劍橋市成立了初創公司GC Therapeutics，提供攜帶定製化整合著轉錄因子的可編程

幹細胞

。

Busskamp說，「不同研究機構之間的合作是非常成功的，這是因為不同的學科之間有很好的互補性和關聯性。」現在全世界的科學家們都可以使用非營利組織Addgene提供的轉錄因子資源。

特別是作為一名退行性視網膜疾病的專家，Busskamp看到了

幹細胞技術

在眼科的巨大潛力。Busskamp說，「對於老年性黃斑變性（AMD）等視網膜退行性疾病而言，有希望在未來的某一時刻，利用

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細胞轉換來替代受影響的感光細胞。我的團隊正在朝著這個目標努力。」（生物谷 Bioon.com）

參考資料：1.Alex H.M. Ng et al. A comprehensive library of human transcription factors for cell fate engineering. Nature Biotechnology, 2020, doi:10.1038/s41587-020-0742-6.

2.Customized programming of human stem cells
https://phys.org/news/2020-11-customized-human-stem-cells.html

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