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2017年1月14日 訊 /生物谷BIOON/ --近日,一項刊登在國際雜誌Science上的研究報告中,來自加利福尼亞大學等機構的研究人員通過聯合研究開發出了一種新方法,該方法能夠對小鼠胚胎幹細胞進行重編程使其能夠表現出頗似受精卵一樣的發育特性。研究者指出,這些全能樣的幹細胞不僅能夠產生發育胚胎中所有的細胞類型,還能夠產生一些特殊類型的細胞,這些細胞能夠促進胚胎和母體之間的營養交換。
這項研究或將幫助研究人員理解早期胚胎發育過程中的分子決策,同時也將擴展幹細胞所產生的組織類型的「目錄」,對於後期再生醫學研究以及基於幹細胞療法的開發也至關重要。一個受精卵擁有完全的發育潛能,其能夠產生所需的所有細胞類型,包括發育中的胚胎以及額外的胚胎組織,胎盤哺乳動物、胚外組織比如胎盤以及卵黃囊的特性對於胎兒和母親之間進行營養和廢物交換非常重要。
相比較而言,很多胚胎幹細胞和誘導多能幹細胞往往會因發育潛能而更受限制,其能夠形成胚胎細胞類型,但卻並不能形成胚外組織;受精卵能夠產生胚胎和胚外組織的能力被認為其具有一種「全能性」,這是在胚胎發育早期階段中唯一能夠看見的最終幹細胞狀態。研究者Lin He教授指出,對胚胎發育的研究更大程度得益於胚胎幹細胞的培養系統以及對誘導多能幹細胞的研究,這些實驗系統能夠幫助科學家深入剖析胚胎發育過程中負責特殊細胞命運決策的關鍵分子途徑,但當精子和卵子結合形成受精卵後,受精卵所具有的特殊發育潛能往往很難被研究,這往往是因為缺少研究材料以及細胞培養實驗系統。
本文研究不僅及時了調節全能樣幹細胞狀態的分子機制,同時也為研究幹細胞全能性提供了一種強大的細胞培養實驗系統。胚胎幹細胞被認為具有多潛能性,因為其能夠轉變成為機體中任何類型的細胞,同時在過去幾十年的研究中胚胎幹細胞也給科學家們帶來了很多驚喜,研究人員能夠在實驗室對其研究來闡明控制胚胎和胎兒機體特殊組織發育的遺傳開關,同時胚胎幹細胞還能夠替換掉機體中損壞的組織,比如糖尿病患者的胰腺細胞或充血性心力衰竭患者心臟中的心肌細胞等,當然這些幹細胞還能夠幫助科學家們對早期階段的遺傳病進行研究探索。
如今科學家們利用「雞尾酒」混合製劑或轉錄因子來處理成熟的體細胞就能夠獲得多能幹細胞,從而就能夠使得這些細胞具有和胚胎幹細胞一樣的特性,這些人工製造出的幹細胞也被稱為誘導多能幹細胞(iPSCs);然而胚胎幹細胞和誘導多能幹細胞都不具有原始受精卵的特性,受精卵能夠形成胚外組織和胚胎組織,當胚胎幹細胞從小鼠或人類胚胎中收穫時,這些細胞就已經被確定了身份,要麼轉化成為胚胎,要麼轉化成為胚外細胞系。
MicroRNAs是一類小型的非編碼RNA分子,其能夠調節基因表達;研究人員發現,名為miR-34a的MicroRNAs分子似乎能夠作為一種「制動器」來抑制胚胎幹細胞和誘導多能幹細胞產生胚外組織,當MicroRNA被遺傳性地移除後,上述兩種細胞都能夠擴展它們的發育決策來產生胚胎細胞類型、胎盤以及卵黃囊。研究人員發現,大約20%缺失MicroRNA的胚胎幹細胞能夠表現出擴展性的潛在命運,此外,這種效應或許能夠在細胞培養液中維持一個月。
讓研究者們非常驚奇的是,僅僅操控單一的MicroRNA就能夠擴展胚胎幹細胞的細胞命運決策,研究者不僅鑑別出了一種能夠調節全能性幹細胞的新型機制,還揭示了非編碼RNAs在幹細胞命運中的重要性。此外,這項研究中,研究人員還發現了miR-34a分子和小鼠機體中一類逆轉錄轉座子之間的關聯,逆轉錄轉座子被認為是「垃圾DNA」,很多年來生物學家們推測這類轉座子在機體正常發育期間似乎並沒有用處,但本文研究中研究者發現逆轉錄轉座子似乎和早期胚胎的決策制定之間也存在著密切的關聯。
最後研究者Todd MacFanlan表示,目前我們面對的一個重要的問題就是是否這些逆轉錄轉座子能夠作為幹細胞發育決策制定的真正驅動子,當然這還需要我們後期進一步深入研究才能夠闡明。(生物谷Bioon.com)
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Deficiency of microRNA miR-34a expands cell fate potential in pluripotent stem cells
Yong Jin Choi1,*, Chao-Po Lin1,*,†, Davide Risso2,*, Sean Chen1, Thomas Aquinas Kim1, Meng How Tan3, Jin B. Li3, Yalei Wu4, Caifu Chen5, Zhenyu Xuan6, Todd Macfarlan7, Weiqun Peng8, K. C. Kent Lloyd9, Sang Yong Kim10, Terence P. Speed11,12,13, Lin He1,†