最新《自然》:中國團隊開創性研究,恢復幹細胞全能性
今天凌晨,在一項發表於《自然》雜誌的最新研究中,一支來自中國的研究團隊取得了重要突破。他們將人的多能性幹細胞轉化為8細胞階段的全能性胚胎樣細胞(稱作“8C樣細胞”),後者能發生合子基因組激活、保留了發育成所有組織與器官的潛力。這項突破為器官再生與合成生物學的新進展奠定了重要基礎。
在此之前,已經有研究能夠將多能性幹細胞轉化為囊胚的內細胞團狀細胞。而最新研究更進一步,希望將多能性幹細胞轉化成人類發育更早階段的全能性細胞。
人類受精卵形成之後,基因組最初會保持沉默狀態。當受精卵分裂到8細胞階段時,合子基因組才會迅速激活。因此,研究這一階段對於理解生命發育至關重要。
為了將人的多能性幹細胞轉化為8C樣細胞,研究團隊開發出一種化學“雞尾酒”:從一系列靶向信號或表觀遺傳通路的抑製劑中,篩選出能完成轉化的試劑組合。在這一過程中,研究團隊還借助了單細胞基因組測序:將細胞注射進小鼠體內,經過進一步發育後,通過測序識別並分離出8C樣細胞。
由此,研究團隊通過一種無需轉基因、快速、可控的方式,成功利用人的多能性幹細胞生成8C樣細胞,後者在轉錄和表觀遺傳上均與真正的8細胞期胚胎相似。在這個轉化過程中,DPPA3和TPRX1基因起到關鍵作用:前者導致了DNA脫甲基化,而後者是8C樣細胞基因網絡的關鍵調控因素。
作為發育早期的全能幹細胞,這些細胞應該有潛力分化出所有的胚胎細胞類型,進而產生髮育必需的組織和器官。隨後的實驗證明了這些細胞的全能性。在體外與體內實驗中,8C樣細胞均能產生胚胎和胚胎外的細胞系:其中,體外實驗產生了滋養層幹細胞和類囊胚,生物活體實驗生成了畸胎瘤。
這項研究首次證明了轉化後的細胞能在活體內產生胎盤組織。毫無疑問,這項研究將幫助拓展對人類早期胚胎髮育的理解,也為一系列後續應用鋪平了道路。未來,這些細胞不僅有望用於再生醫學,實現人類器官的再生、減少對器官捐獻的依賴,還能用於生成人造囊胚與類囊胚。這種研究手段還能幫助科學家研究人類胚胎髮育、治療早期發育相關的疾病。
“全能性8C樣細胞經過3次分裂,就能產生胚胎狀態的受精卵。相比於多能性幹細胞,這些細胞不僅能分化成胎盤組織,還有潛力發育成更成熟的器官,為全球正在等待器官移植的患者帶來福音。”來自中科院廣州生物醫藥與健康研究院的科學家們表示。
參考資料:
[1] Mazid,MA.,Ward,C.,Luo,Z。等。Rolling back of human pluripotent stem cells to an 8-cell nucleus-like stage。Nature(2022)。https://doi.org/ 10.1038/s41586-022-04625-0
[2] 華大基因開創性細胞研究成果可促進器官再生。2022年3月21日檢索自https://www.eurekalert.org/news-releases/947096
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