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懷特黑德研究所和麻省理工學(xué)院科研小組開發(fā)了一種新型遺傳標(biāo)記物，可以有效提高誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）恢復(fù)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(yù)測哪些細(xì)胞能成功標(biāo)稱多能干細(xì)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(xiàn)常規(guī)的體細(xì)胞可以重新編程成為具備生成所有其他類型細(xì)胞能力的多能干細(xì)胞。這樣的細(xì)胞大有希望用于治療許多的人類疾病。

這些誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）通常是通過遺傳修飾細(xì)胞過表達四種基因使得它們恢復(fù)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(xì)胞中起作用。

現(xiàn)在，來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(biāo)記物，有可能幫助使這一過程更有效率，科學(xué)家們能夠預(yù)測哪些處理細(xì)胞將成功地轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄芨杉?xì)胞。

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

領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是干細(xì)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(dān)任過干細(xì)胞學(xué)會的主席。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，你無法檢測表達預(yù)測性多能標(biāo)記物的少數(shù)細(xì)胞。這一研究真正酷的地方在于你能早期檢測兩個或三個表達這些重要基因的細(xì)胞，這是以前從未做到過的，”論文的主要作者之一、Jaenisch實驗室的研究生Dina Faddah說。

單細(xì)胞分析

2007年，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)通過過表達Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4四種基因成體干細(xì)胞可以被重新編程。然而在這些基因過表達的細(xì)胞群中只有約0.1-1%的細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄芨杉?xì)胞。

在新研究中，Jaenisch小組重編程了小鼠胚胎成纖維細(xì)胞并在整個過程的幾個時間點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(xì)胞的細(xì)胞以及只有部分重編程的細(xì)胞之間的基因表達圖譜。

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

研究小組在zui終變?yōu)槎嗄芨杉?xì)胞的細(xì)胞中確定了四個很早（在重編程基因傳遞約6天后）就開啟的基因Esrrb, Utf1, Lin28 和Dppa2，它們控制了參與多能性的其他基因的轉(zhuǎn)錄。

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

為了非常準(zhǔn)確地讀取細(xì)胞遺傳圖譜，研究人員利用稱作Fluidigm（相關(guān)網(wǎng)頁鏈接）的微流體系統(tǒng)篩查了基因，然后用可檢測單鏈mRNA的熒光成像技術(shù)證實了他們的結(jié)果。

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