Science:科學家將成功下肢細胞轉化為面部軟骨組織細胞

圖片摘自：medicalxpress.com；Credit: California Institute of Technology

2016年6月30日 訊 /生物谷BIOON/ --近日，一項發表於國際雜誌Science上的研究報告中，來自加州理工學院的科學家通過對鳥胚進行研究，將下肢區域的細胞成功轉化成了可以製造軟骨的面部組織，研究者發現，一種由三種基因組成的基因迴路可以改變鳥類下體組織細胞的命運，從而將這些細胞轉化成為產生頭部軟骨和骨質的細胞。

這項研究結果或可幫助開發治療面骨或軟骨缺失等狀況的療法，比如，因癌症導致的鼻部軟骨破壞而難以取代的情況；同時揭示面部軟骨發育的以傳統滷或可幫助開發新型的幹細胞療法，即將患者自身的皮膚細胞進行轉化並且用於修復鼻部組織。研究者Marianne Bronner教授表示，當因癌症或事故導致面部軟骨和骨質缺失時，破壞組織往往很難進行修復或替換，長期以來我們的希望就是揭示特殊的基因迴路來用於對患者自身的幹細胞進行重編程來製造面部軟骨。

位於脖子下面的骨質，也就是科學家們提及的「長骨」組織，其往往來源組組織的不同來源，而不是頭部的骨質；就像胚胎一樣，我們出生時往往會攜帶一種類型的早期組織—神經嵴，神經嵴會沿著整個機體形成，從頭部到脊髓末端；這些起源於頭部的神經嵴細胞稱之為腦神經嵴，可以分化成為面部軟骨和骨質結構，包括頜骨和頭蓋骨。相比較而言，形成於脖子底下的軀幹神經嵴細胞(trunk neural crest cells，TNCC)並不會製造軟骨或骨質，而是會轉化成為機體的神經細胞以及色素細胞；為此，研究者Bronner及其同事就想去研究理解到底是哪些基因在調節腦神經嵴細胞並且使其可以製造頭部的軟骨和骨質組織。

研究者將鳥類胚胎的軀幹神經嵴細胞和腦神經嵴細胞進行分離使其成為單獨的群體，隨後研究者發現了其基因活性的差異；研究者指出，僅在腦神經嵴細胞中他們就發現15個基因的表達被開啟了，隨後他們選擇其中6個基因進行深入研究，這6個基因均編碼著轉錄因子，而轉錄因子可以同DNA結合開啟基因表達或關閉其表達，在研究了其它因子間是否彼此存在相互作用後，研究者發現Sox8， Tfap2b和Ets三個基因可以作為腦神經嵴迴路的一部分。

隨後研究者利用電穿孔的技術將這三個基因插入到了發育的鳥類胚胎中，尤其是軀幹神經嵴；利用這種方法，電流作用於細胞就可對其開孔使得諸如DNA的分子能夠通過，下一步研究者將改變的軀幹神經嵴細胞移植到了胚胎的腦內區域，5天後，這些軀幹細胞就會變成產生軟骨的全新細胞。

研究者Bronner說道，正常情況下，這些軀幹細胞並不會製造軟骨，僅僅將3個基因引入到這些細胞中就可以對其重編程使其獲得相應的能力；我們希望其他科學家也可以在細胞培養液中利用這些實驗結果，通過將已經發現的基因迴路或其它因子加入到皮膚細胞中，研究者或許就可以將皮膚細胞轉化成為產生軟骨組織的細胞，而這對於後期開發治療面部骨質及軟骨缺失的新型療法或將提供新的希望。（生物谷Bioon.com）

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Reprogramming of avian neural crest axial identity and cell fate

Marcos Simoes-Costa1,2, Marianne E. Bronner1

Neural crest populations along the embryonic body axis of vertebrates differ in developmental potential and fate, so that only the cranial neural crest can contribute to the craniofacial skeleton in vivo. We explored the regulatory program that imbues the cranial crest with its specialized features. Using axial-level specific enhancers to isolate and perform genome-wide profiling of the cranial versus trunk neural crest in chick embryos, we identified and characterized regulatory relationships between a set of cranial-specific transcription factors. Introducing components of this circuit into neural crest cells of the trunk alters their identity and endows these cells with the ability to give rise to chondroblasts in vivo. Our results demonstrate that gene regulatory circuits that support the formation of particular neural crest derivatives may be used to reprogram specific neural crest-derived cell types.