懷特黑德研究所和麻省理工學(xué)院科研小組開(kāi)發(fā)了一種新型遺傳標記物，可以有效提高誘導多能干細胞（iPSCs）恢復大不成熟的胚胎狀態(tài)的效率，利用這一技術(shù)，人們可以預測哪些細胞能成功標稱(chēng)多能干細胞，這篇題為“Single-cell gene expression analyses of cellular reprogramming reveal a stochastic early and hierarchic late phase”論文發(fā)表在Cell雜志上。

幾年前，生物學(xué)家們發(fā)現常規的體細胞可以重新編程成為具備生成所有其他類(lèi)型細胞能力的多能干細胞。這樣的細胞大有希望用于治療許多的人類(lèi)疾病。

這些誘導多能干細胞（iPSCs）通常是通過(guò)遺傳修飾細胞過(guò)表達四種基因使得它們恢復到不成熟的胚胎狀態(tài)而生成。但這一程序只能在一小部分細胞中起作用。

現在，來(lái)自懷特黑德研究所和麻省理工學(xué)院的研究人員確定了新的遺傳標記物，有可能幫助使這一過(guò)程更有效率，科學(xué)家們能夠預測哪些處理細胞將成功地轉變?yōu)槎嗄芨杉毎?/p>

新的研究論文在線(xiàn)發(fā)布在9月13日的《細胞》（Cell）雜志上。根據研究人員所說(shuō)，該研究還確定了生成iPSCs的重編程因子新組合。

領(lǐng)導這一研究的是干細胞研究領(lǐng)域的人物Rudolf Jaenisch，Jaenisch是懷特黑德研究所的創(chuàng )始人之一，曾經(jīng)擔任過(guò)干細胞學(xué)會(huì )的主席。其在一系列的領(lǐng)域做出了有影響的工作，包括基因敲除小鼠、表觀(guān)遺傳學(xué)研究、核移植、iPS等，解決了這些領(lǐng)域幾乎所有的重要問(wèn)題。論文的另一位主要作者是懷特黑德研究所博士后Yosef Buganim。

“在以往的研究中，你無(wú)法檢測表達預測性多能標記物的少數細胞。這一研究真正酷的地方在于你能早期檢測兩個(gè)或三個(gè)表達這些重要基因的細胞，這是以前從未做到過(guò)的，”論文的主要作者之一、Jaenisch實(shí)驗室的研究生Dina Faddah說(shuō)。

單細胞分析

2007年，科學(xué)家們發(fā)現通過(guò)過(guò)表達Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4四種基因成體干細胞可以被重新編程。然而在這些基因過(guò)表達的細胞群中只有約0.1-1%的細胞轉變?yōu)槎嗄芨杉毎?/p>

在新研究中，Jaenisch小組重編程了小鼠胚胎成纖維細胞并在整個(gè)過(guò)程的幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)檢測了已知或懷疑與多能性有關(guān)的48種基因的表達。這使得他們能夠比較成為以及未成為多能干細胞的細胞以及只有部分重編程的細胞之間的基因表達圖譜。

重編程的過(guò)程需要32-94天時(shí)間，一旦重編程完成，研究人員便在zui終成為多能干細胞的細胞中檢測了表達的基因。

研究小組在zui終變?yōu)槎嗄芨杉毎募毎写_定了四個(gè)很早（在重編程基因傳遞約6天后）就開(kāi)啟的基因Esrrb, Utf1, Lin28 和Dppa2，它們控制了參與多能性的其他基因的轉錄。

研究人員還發(fā)現一些從前提出的多能性標志物在僅部分編程的細胞中處于活性狀態(tài)，表明這些標記物將是無(wú)用的。利用新發(fā)現的標志物，“你可以消除并沒(méi)有*重編程的所有克隆，你不會(huì )想將部分重編程的iPSCs用于患者特異性治療，”Buganim說(shuō)。

為了非常準確地讀取細胞遺傳圖譜，研究人員利用稱(chēng)作Fluidigm（相關(guān)網(wǎng)頁(yè)鏈接）的微流體系統篩查了基因，然后用可檢測單鏈mRNA的熒光成像技術(shù)證實(shí)了他們的結果。

新研究*次檢測了在細胞轉變?yōu)槎嗄軤顟B(tài)過(guò)程中單個(gè)細胞的遺傳改變。以往的研究是在大群細胞中觀(guān)測基因表達改變，而并非所有實(shí)際上重編程的細胞，使得難于找出參與這一過(guò)程的基因。