新方法可以提供更好的干细胞制作方法

斯克里普斯研究所(TSRI)的科学家们发现了一种将普通成体细胞“重编程”成干细胞的新方法。

在一项发表在Nature Biotechnology的高级在线论文中的研究中，TSRI科学家筛选了一个包含1亿个抗体的文库，发现了几个可以帮助将成熟的皮肤样细胞重新编程为干细胞(称为诱导多能干细胞(IPSCs))。

从更成熟类型的细胞制备IPSCs通常涉及将四种转录因子基因插入到那些细胞的DNA中。科学家鉴定的抗体可应用于成熟细胞 - 它们与细胞表面的蛋白质结合 - 作为三种标准转录因子基因插入的替代物。

研究高级作者，TSRI部门副教授Kristin Baldwin说：“这一结果表明，最终我们可以制造出IPSCs，而不会在细胞核中放置任何东西，这可能意味着这些干细胞具有更少的突变和整体更好的特性。”神经科学

IPSCs可以由患者自己的细胞制成，并且在个性化细胞疗法和器官再生中具有多种潜在用途。然而，IPSCs设想的临床用途尚未实现，部分原因在于制造它们所涉及的风险。

标准IPSC诱导程序，十年前开发并称为OSKM，涉及将四种转录因子蛋白的基因插入成体细胞：Oct4，Sox2，Klf4和c-Myc。随着这些基因的添加和活性，它们编码的转录因子蛋白被产生，并进而重新编程细胞成为IPSCs。

该方法的一个问题是病毒插入事件或核重编程因子的过量产生可能以使细胞癌变的方式损伤细胞DNA。另一个原因是这种核重编程通常会产生一系列具有可变特性的IPSCs。“即使我们在实验室中使用IPSCs来研究疾病，这种可变性也是一个问题，”Baldwin说。

相反，在普通动物发育过程中，细胞特性被来自细胞外部的分子信号改变并诱导基因活性的改变，而没有任何有风险的DNA插入。为了找到这样的自然途径 - 普通细胞可以转化为IPSCs-Baldwin和她的实验室与Richard Lerner的TSRI实验室，Lita Annenberg Hazen免疫化学教授合作。Lerner帮助开发和筛选大型人类抗体库，以寻找新的抗体药物和科学探针。

在这种情况下，该团队，包括研究生Joel W. Blanchard和博士后研究员Jia Xie，他们是主要作者，建立了一个包含大约1亿种不同抗体的文库，并用它来寻找任何可以替代OSKM转录因子的抗体。

在最初的一组实验中，研究人员试图找出可以替代Sox2和c-Myc的抗体。他们建立了大量的小鼠成纤维细胞 - 通常用于在实验中制造IPSCs - 并插入其他两种转录因子Oct4和Klf4的基因。接下来，他们将巨大的抗体基因库添加到细胞群中，使得每个细胞最终含有一种或多种抗体的基因。

然后，科学家们可以观察到哪些细胞开始形成干细胞集落 - 表明这些细胞产生的一种抗体已经成功地取代了Sox2和c-Myc的功能并触发了细胞身份的转换。对这些细胞的DNA进行测序使研究人员能够确定负责的抗体。

通过这种方式，TSRI团队发现了两种可以替代Sox2和c-Myc的抗体，并且在一组类似的测试中，他们发现了两种可以替代第三种转录因子Oct4的抗体。科学家表明，他们可以简单地将抗体提供给培养的成纤维细胞，而不是插入这些转录因子基因。

在这项初步研究中，科学家们无法找到替代第四种OSKM转录因子Klf4功能的抗体。然而，Baldwin预计，通过更广泛的筛查，她和她的同事最终也会找到Klf4的抗体替代品。“我认为那个会花费我们几年时间来弄明白，”她说。

原则上，抗体筛选方法不仅可以让科学家找到可以替代OSKM转录因子的抗体，而且还可以研究这些抗体起作用的天然信号通路。

在这个原理的证明中，科学家发现其中一个替代Sox2的抗体与细胞膜上的蛋白质Basp1结合。这种结合事件阻断了Basp1的正常活动，从而消除了WT1的限制，WT1是一种在细胞核中起作用的转录因子蛋白。然后释放WT1，然后改变多个基因的活性，最终包括Sox2，以使用与使用原始重编程因子时不同的事件顺序来促进干细胞状态。

WT1(Wilms肿瘤1)在一些癌症中过量产生并且被认为是致癌基因。这一事实凸显了此类研究的附加价值：帮助科学家了解癌细胞发育与干细胞状态之间的关系。

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