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细胞重编是怎么发生的?细胞重编的破译的最新研究进展??

优艾设计网 https://www.uibq.com 2023-01-12 12:50 出处:网络 作者:电脑技术
当精子和卵子结合成胚胎时,它们就在做这件事。John Gurdon在上世纪60年代也做到了这个,当时他使用蝌蚪小肠细胞制作出了从遗传角度而言完全相同的青蛙。优艾设计网_Photoshop论坛Ian Wilmut也做到了。他在1996年使用

当精子和卵子结合成胚胎时,它们就在做这件事。John Gurdon在上世纪60年代也做到了这个,当时他使用蝌蚪小肠细胞制作出了从遗传角度而言完全相同的青蛙。优艾设计网_Photoshop论坛Ian Wilmut也做到了。他在1996年使用一个成年哺乳动物细胞制作出了多利羊。重新编程——将分化的细胞恢复成胚胎状态——已经持续了很长时间。2006年后,科学家对细胞重编的兴趣迅速上扬,他们发现仅通过引入4个基因就能改编成年老鼠细胞,产生所谓的诱导多能干(iPS)细胞。该方法十分简单,几乎所有实验室都能实现,并且科学家每年能发表1000多篇相关论文。人们希望这种多能细胞能被用于修复受损害或病变组织,近年来一些目标已经变为现实,科学家将衍生自iPS细胞的视网膜细胞移植到一位眼病患者身上,这是首次将重新编程的细胞移植到人体内。那么,这个是怎么发生的呢?
东方烁666 2021-06-15 11:03


目前这个问题已经得到了答案。科学家通过进行单个细胞的细致分析和积累大量的详细分子数据,使用一系列测验,拍摄下细胞重编过程每个阶段的精密尺度快照。这解释了细胞重编的发生。下面是最新研究进展。
有科学家在重编青蛙和羊的细胞时,分别通过将一个已分化的原子核移植到被剥去DNA的卵子内。科学家已经知道卵子中的一些东西能够重编原子核,例如,那些与皮肤细胞有关的基因将被切断,而与多能性有关的基因被开启,并触发一系列下降流事件。在接下来的10年里,研究人员开发出各种细胞重编新方法——向受精卵和胚胎干细胞中添加原子核,但这些方法无法解答是细胞中的什么进行了重编工作,并且该过程是如何工作的。
当京都大学的山中伸弥和Kazutoshi Takahashi制备iPS细胞时,情况发生了变化。他们发现,在能够重编为成体细胞的早期胚胎或胚胎干细胞里,只有4个蛋白质出现了表达。而且,重要的是,他们还提供了用于研究在培养皿中进行重编的工具。目前,干细胞生物学家确信在引入这些蛋白质(有时名为山中因子)后,会发生一阵强烈且大部分能预测的基因表达。不过,几天后,这些细胞会进入一个神秘状态,它们会分化,但出现失速,最终不能进一步重编。大约一周后,非常少的细胞(1/1000)会变成多能细胞。
这个过程不可预测,因此也难以在开始的时候就预知哪些细胞将会重编。但某些方面是可以预知的。优艾设计网_平面设计
从细胞角度而言,克服完全分化状态是一个巨大挑战。例如,科学家经常从皮肤中提取纤维母细胞,并试着重编。在一个很长的过程中,它们获得了其特性,这些细胞的DNA被印上了“后生”标记——添加甲基原子团或改变组蛋白等化学修饰。这些能确保只有与纤维母细胞有关的基因能被表达。但他们无法让皮肤细胞像一个正在分化的干细胞,因为这可能是癌症等疾病的路径。
现在,科学家能很好地控制头48小时发生的事情。在胚胎干细胞里,山中因子能激活处于“多能性网络”的基因,它们能使细胞无限增殖。但当被放入纤维母细胞等分化细胞中时,这些因子的活动方式并不同。宾夕法尼亚大学细胞生物学家Ken Zaret绘制出了在人类纤维母细胞重编的最初两天里这些因子的位置图。他发现,它们被“物理封闭”,染色体构象阻止其到达常规目标基因。
相反,这些蛋白质会进入染色体可进入区域。有时,它们会激活促使细胞自杀的基因;或束缚在名为增强剂的遥控区域上——这会促使与重编过程相关的基因激活。干细胞科学家Rudolf Jaenisch将这种山中因子的广泛束缚称为“杂乱的”。
研究人员现在正试着分类一些细胞类型,让它们离开黑匣子,并努力修补重编技术,以便阻止它们偏离路线。“宏大计划”也认为,重编过程存在的可变性正在产生完全不同的细胞。该项目启动于2010年,8家研究机构的约30位资深科学家参与其中,Nagy的打开黑匣子愿望驱动了这个项目。通过利用山中因子触发细胞重编,该团队在1个月里每天收集1亿个细胞,然后定期分析它们的蛋白质和RNA产量以及甲基化状态改变等。
最大的发现是一类新型多能细胞,名为F级细胞,它们会形成外观毛茸茸的群落。略微改变iPS细胞制备秘方就能制出这些细胞:与在数日后停止表达重编因子不同,研究人员持续提供这类因子。
F级细胞与iPS细胞不同,因为它们在多能性的一个最严格的测试中表现不合格:当被注入小鼠胚胎后,它们未能促成嵌合体老鼠组织的形成。因此,一些批评者认为,F级细胞可能是其他科学家口中的“部分重编”细胞。


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