發(fā)布時(shí)間:2015-06-23來(lái)源:黃博純 撰稿:干細胞所 陳捷凱
6月23日,國際著(zhù)名學(xué)術(shù)期刊《自然·細胞生物學(xué)》(Nature Cell Biology)在線(xiàn)發(fā)表了中科院廣州生物醫藥與健康研究院裴端卿和陳捷凱實(shí)驗組的研究成果“The oncogene c-Jun inhibits reprogramming”。該研究從體細胞階段的因子出發(fā),發(fā)現癌基因c-Jun與干細胞多能性完全不相容,而c-Jun抑制因子不僅促進(jìn)重編程,還可以替代Yamanaka因子中最為核心的Oct4;在這一發(fā)現基礎上結合研究組多年以來(lái)在重編程機理上的研究結果,組建了一套不包含Yamanaka因子的全新iPS細胞誘導因子。
歷時(shí)8年的系統研究
經(jīng)過(guò)多年研究,科學(xué)家對體細胞重編程為干細胞的過(guò)程有了一定的認識:通過(guò)強制表達多能性調控網(wǎng)絡(luò )的核心因子,可以逐步抑制體細胞原有的特性并慢慢建立起多能性,在此過(guò)程中細胞需要克服許多表觀(guān)遺傳方面的障礙。然而在這些認識基礎上,重編程效率仍然較低,大多數細胞仍然不會(huì )執行多能性程序,因此裴端卿和陳捷凱研究組決定對一些之前沒(méi)有注意過(guò)的因子進(jìn)行研究,其中就包括了可能能夠強烈維持體細胞命運的核心因子。
通過(guò)這個(gè)思路,實(shí)驗組發(fā)現一個(gè)非常著(zhù)名的癌基因——c-Jun在表達上非常吻合:它僅在體細胞中表達,在胚胎干細胞或iPS細胞中完全不表達,而在重編程過(guò)程中觀(guān)察不到明顯的下降。進(jìn)一步的實(shí)驗發(fā)現,在胚胎干細胞中敲除c-Jun對多能性毫無(wú)影響,但成纖維細胞中敲除c-Jun會(huì )造成細胞完全無(wú)法增殖,而在胚胎干細胞強制表達c-Jun,胚胎干細胞會(huì )迅速分化并失去多能性,這些結果都提示c-Jun與多能性是完全不相容的。在體細胞重編程中的結果也完全支持這一結論,強制表達c-Jun后,Yamanaka因子介導的體細胞重編程完全被抑制,而通過(guò)多種途徑抑制c-Jun,則能有效地提升iPS細胞獲得的效率。
這是實(shí)驗室近八年來(lái)一系列工作的結晶,單本研究中發(fā)現的c-Jun及其相關(guān)研究就做了近七年。
體細胞走向干細胞的關(guān)口
科研人員對c-Jun抑制因子做了進(jìn)一步的研究,驚喜地發(fā)現c-Jun抑制因子不僅可以提升重編程效率,更可以有效替代Yamanaka因子中最為核心的因子、同時(shí)也是干細胞多能性調控網(wǎng)絡(luò )的核心因子Oct4。這提示抑制c-Jun這個(gè)體細胞的核心因子,也能起到加入類(lèi)似Oct4這樣的干細胞激活因子的作用,這對目前關(guān)于體細胞重編程的認識是一個(gè)沖擊。
裴端卿和陳捷凱實(shí)驗組結合過(guò)去的一些原創(chuàng )性發(fā)現,嘗試開(kāi)發(fā)一套新的重編程因子。首先被選中的因子是Jhdm1b,作為維生素C提升體細胞重編程的重要下游靶因子,Jhdm1b與Oct4共表達時(shí)即可以使體細胞重編程為干細胞;其次被選中的因子是Id家族的Id1,Id家族作為BMP信號通路的下游,在無(wú)Klf4的重編程體系中能夠有效地提升重編程效率。實(shí)驗人員在包括c-Jun抑制因子Jdp2在內的三因子基礎上進(jìn)行了大量篩選和反復測試,又加入了Sall4、LRH-1和Glis1三個(gè)因子,最終確定了一套不包含Yamanaka因子的全新重編程因子組合,在這套因子組合中,Jdp2、Jhdm1b和Id1是不可或缺的,但六個(gè)因子都存在時(shí),重編程效果比較穩定。實(shí)驗還顯示這套全新的重編程因子組合對一些藥物的反應和Yamanaka因子有所差別,證明這套系統可能代表了一條不同的重編程路徑,這對于研究重編程的機理提供了嶄新的思路和模型。
癌基因也能是干細胞的“死對頭”
干細胞作為一個(gè)熱點(diǎn)概念,當前面臨大量質(zhì)疑,比如因為干細胞具有無(wú)限增殖的潛能,加上癌癥干細胞的發(fā)現,不僅使人聯(lián)想到干細胞是否具有和癌細胞一樣的特征,這一問(wèn)題眾說(shuō)紛紜。而重編程iPS細胞的Yamanaka因子中有一個(gè)著(zhù)名的癌基因c-Myc,在后來(lái)的研究中,科學(xué)家又發(fā)現著(zhù)名的抑癌基因通路p53、p21會(huì )抑制體細胞轉化為干細胞,這些事實(shí)都提示干細胞可能和癌細胞共享一些通路,這在直覺(jué)上無(wú)疑加深了對干細胞的懷疑。c-Jun作為第一個(gè)被定義為癌基因的轉錄因子,正常表達時(shí)對于體細胞增殖分裂是必須的,但如果異常高表達,就有癌變的風(fēng)險。增加c-Jun表達時(shí),用于“返老還童”的體細胞確實(shí)會(huì )增殖加快,在以往多數研究中,這會(huì )對iPS細胞的形成有好處,然而c-Jun的增加卻完全抑制了iPS細胞的產(chǎn)生,這說(shuō)明癌基因并不是iPS形成的關(guān)鍵。
這項研究闡明了c-Jun與干細胞多能性互不相容的機理,提出了全新的重編程因子組合,為體細胞重編程的機理提供了新的思路。該研究成果由裴端卿和陳捷凱實(shí)驗組合作完成,劉晶副研究員是本論文的第一作者,研究得到了來(lái)自中國科學(xué)院、國家科技部、國際自然科學(xué)基金委、廣東省及廣州市等多方面的經(jīng)費支持。
廣州生物院發(fā)現全新的iPS細胞誘導因子
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