诱导多能干细胞(IPSCS)第2部分:重编程和转染

由Guest Blogger.

本帖由Kusumika (Kushi) Mukherjee提供。

重新编程和转置异化信息图

再生医学领域的最终目标是替换丢失或损坏的细胞。在这里,我将讨论成人体细胞转化为不同类型的细胞进行再生和修复的两个主要过程,以及其中一个过程优于另一个的情况。

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细胞转换通过:

  1. 重新编程
    分化的体细胞再恢复到多能状态,然后将其增殖并改组为不同的细胞类型。

  2. 分化转移
    在这个过程中,分化成体体细胞被转化为不同谱系的细胞,而没有去分化到多能阶段。

细胞重编程

将差异化细胞类型的逆转向未分化状态,然后重新进入细胞类型体外被称为重编程[1]。该过程可分为两个阶段:

  1. 去分化-转化成体体细胞到多能状态。
  2. 再分化-多能细胞转化为分化细胞的选择。

去分化阶段涉及四个重编程因子OCT4、SOX2、KLF4和C-MYC的过表达,诱导分化体细胞恢复到多能阶段(iPSC形成)[2,3]。然后诱导多能干细胞增殖并重新分化为另一种细胞类型。这四种重编程因子可以通过多种方式在多个体细胞中表达。一些比较常见交付方法包括逆转录病毒[2],Lentivirus [4],腺病毒[5],仙台病毒[6],质粒电穿孔(简象)[7,8]和mRNA转染[9]。可以在这些方法中找到许多用于这些方法的质粒addgene的stem cell页面。在此页面上,您还可以找到一个具有方法列表的表,以及它们所使用的物种。IPSC现在已经从许多不同类型的体细胞生成。目标是使用可以容易地与捐赠者隔离的细胞。除了成纤维细胞,人类角质形成细胞来自毛发,外周血细胞来自尿液的肾上皮细胞是一些很容易分离的体细胞,它们已经被成功地重新编程为诱导多能干细胞[10-12]。

重新编程的下一阶段包括IPSC的再分化进入细胞类型的选择。此步骤有时也称为“定向差异化”。具体的细胞介质,补充剂,生物活性小分子和生长因子用于控制IPSCS的细胞命运,并将它们分化为不同的细胞谱系[13]。在过去的十年中,许多细胞类型已从人类IPSC成功地区分。以下是其中一些细胞类型的列表[13]

生殖细胞[14] 肝细胞[15]
胰腺β肽[16] 肠组织[17]
肺上皮细胞[18] 红细胞[1920.]
破骨细胞和成骨细胞[2122] 心肌细胞[2324]
平滑肌细胞[25] 骨骼糜毛细胞[26]
软骨细胞[27] 脂肪细胞[28]
角蛋白细胞[29] 光感受器[30]
耳毛细胞[31] 神经元(323334]

您可以找到各种质粒进行差异化这里

分化转移

在细胞转化过程[35]中,向中间多能态去分化并不总是强制性的。成人体细胞通过转分化直接转化为一种不同的细胞类型,从而绕过漫长的重编程过程,而不是将细胞重新编码到最原始的多能干细胞状态。100多年前,人们首次在蝾螈的再生晶状体[36]中观察到这一过程。虽然自然转分化在哺乳动物中很少见,但在胰腺中发现的一个例子是,过量的β细胞损伤导致产生胰高血糖素的α-细胞转分化为产生胰岛素的β-样细胞[3738]。

1987年,戴维斯等等。报道了转染的最早的例子之一体外用5-氮杂胞苷治疗小鼠成纤维细胞导致它们转化成成肌细胞[39]。2000年,费伯等等。首次发现小鼠肝细胞可转分化在活的有机体内对胰腺β样细胞具有胰腺和十二指肠同源框Gene1(PDX1)[40]。在最近的作用中,通常通过表达原始体细胞中靶细胞谱系的谱系的转录因子来进行转化性[41]。这在活的有机体内体外方法是类似的,不同之处在于携带转移因子因子的载体直接注入感兴趣的器官在活的有机体内转染。多种细胞类型如成纤维细胞,肝细胞和胰腺外分泌细胞已成功地转化为神经元和β细胞[40-42]。

重编程和转分化:何时使用其中之一而不是另一个

重新编程和转移细胞均转化为另一种细胞类型。然而,这两种方法以多种方式不同。以下是列出一些关键差异的表(改编自Zhou和Melton,2008,[43]):

特征 重新编程+ 分化转移
在活的有机体内体外 体外 两个都体外在活的有机体内
表观遗传标记 完全去除转化为诱导多能干细胞和重建后 从一种细胞类型到另一种细胞类型的部分重排
时间和资源 更多(由于额外的多能性阶段)
安全 Less (C-MYC,一种已知的致癌基因,是重编程因子之一) 更多的
有害突变积累的机会 更多,由于选择从更多的周期增殖
细胞类型 所有类型
基因矫正的容易程度 简单的 难的

总的来说,重新编程非常灵活。它提供无限的潜力来生产身体中的所有细胞类型。另一方面,只有很少的细胞类型已成功转换,限制了该过程的效用。此外,在重编程过程中,在重新编程过程中繁殖时要容易得多体外作为过程的一部分。这在临床情况下开辟了广泛的可能性。如果目标是修复病人体内导致疾病的基因突变,试图对病人的任何细胞进行转分化并不会缓解问题。那么最好的选择就是从病人身上去分化细胞体外然后在诱导多能干细胞分化成正确的细胞系并将其送回患者体内之前,纠正其受损基因。

在这篇文章中,我详细介绍了细胞被转化为补充和修复丢失或损坏的细胞的两个主要过程。转分化和重编程都使研究人员能够将分化的细胞转化为不同的细胞类型。转分化适用于在相似谱系之间切换细胞类型,而重编程则更为通用和通用。


非常感谢我们的客座博主Kusumika (Kushi) Mukherjee。

李继续追查照片Square.pngKusumika (Kushi) Mukherjee是药理学趋势,细胞出版社的评论杂志。她在麻省总医院(Massachusetts General Hospital)和哈佛医学院(Harvard Medical School)完成博士后培训后,加入细胞出版社(Cell Press)从事科学传播和出版工作。在LinkedIn @上联系她https://www.linkedin.com/in/kmukherjeephd /

参考

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