诱导多能干细胞(iPSCs)启动指南第2部分:重编程和转分化

客人的博客

这篇文章由Kusumika(Kushi)Mukherjee提供贡献。

重编程和跨分化信息图

再生医学领域的最终目标是取代丢失或受损的细胞。在这里,我将讨论成年体细胞转化为不同细胞类型的两个主要过程,以进行再生和修复和一个过程的局面。

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细胞转换通过:

  1. 重新编程
    一个分化的体细胞回复到一个多能状态,然后增殖和被重新分化到一个不同的细胞类型。

  2. 转置异化
    在该过程中,将分化的成年细胞转化为不同谱系的细胞,而不会消化成多能阶段。

细胞重新编程

将一种分化的细胞类型逆转为未分化状态,然后再分化为所选择的细胞类型在体外被称为[1]重编程。该过程可分为两个阶段:

  1. 消化膜 - 成年细胞转化为多能状态。
  2. 重新细胞 - 多能细胞转化为分化的细胞。

去分化阶段涉及四种重编程因子-OTT4,SOX2,KLF4和C-MYC的过表达 - 诱导分化的体细胞来恢复到多能阶段(IPSC形成)[2,3]。然后,IPSCs促进并重新进入另一个细胞类型。可以通过各种方法在多个体细胞中递送和在多个体细胞中递送和表达四种。一些更常见的交付方法包括逆转录病毒[2]、慢病毒[4]、腺病毒[5]、仙台病毒[6]、质粒电穿孔(episomal)[7,8]和mRNA转染[9]。许多用于这些方法的质粒可以在Addgene的干细胞页面.在这个页面上,您还可以找到一个表,其中包含方法列表和它们所使用的种类。诱导多能干细胞现在已经从许多不同类型的体细胞中产生。其目标是使用容易从捐赠者身上分离出来的细胞。除了成纤维细胞,从毛发中提取的人角质形成细胞,外周血细胞而来自尿液的肾上皮细胞是已成功重新编程为IPSC的一些易分离的体细胞[10-12]。

重编程的下一个阶段包括诱导多能干细胞向所选择的细胞类型的再分化。这一步有时也被称为“定向分化”。特异性细胞培养基、补充剂、生物活性小分子和生长因子被用来控制诱导多能干细胞的细胞命运,并将其分化为不同的细胞谱系[13]。在过去的十年里,许多类型的细胞已经成功地从人类诱导多能干细胞中分化出来。下面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细胞[16] 肠道组织[17]
肺上皮细胞[18] 红细胞 [19.20.
骨酸和成骨细胞[21.22. 心肌细胞(23.24.
平滑肌细胞[25] 骨胳肌原性的细胞[26]
chondrocytes.[27] 脂肪细胞[28]
角化细胞[29] 光感受器[30]
耳发细胞[31] 神经元[32.33.34.

你可以找到多种分化的质粒在这里

转置异化

对中间多能状态的去分化在细胞转化过程中并不总是义务[35]。通过转化性成年细胞直接转化为不同的细胞类型,通过转化成型体细胞转化为不同的细胞类型,而不是重新编程细胞返回其最原始的多能干细胞状态。在100年前的纽特再生镜片中首次观察到该过程[36]。虽然在哺乳动物中罕见,但是当过量的β细胞损伤导致胰高血糖素的α-细胞转化为胰岛素的β样细胞[37,38]时,在胰腺中观察到胰腺中的一个例子。

1987年,戴维斯et al。报道了转分化的最早例子之一在体外其中用5-氮杂胞苷的小鼠成纤维细胞的治疗导致它们转化为肌细胞[39]。2000年,Ferberet al。表明小鼠肝细胞可以转化体内胰和十二指肠同源盒基因1 (PDX1)[40]表达。在最近的研究中,转分化通常是通过在原始体细胞[41]中表达特定于靶细胞谱系的转录因子来实现的。的体内在体外除携带转分化因子的载体直接注射到目的器官外,方法相似体内分化转移。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转分化为神经元和β细胞[40-42]。

重新编程和转移转移:何时使用一个在另一个

重编程和转分化都能将已分化的体细胞转化为另一种细胞类型。然而,这两种方法在几个方面有所不同。以下是一些关键差异的表格(改编自Zhou和Melton, 2008, [43]):

特征 重新编程+ 转置异化
体内或者在体外 在体外 这两个在体外体内
表观遗传痕迹 完全删除以转换为IPSCS并重新建立 部分重新排列到另一个细胞类型
时间和资源 更多(由于额外的多能性阶段) 较少的
安全 少(C-MYC,已知的癌基因是重编程因素之一) 更多的
有害突变积累的机会 更多,由于选择从更多的增殖周期 较少的
细胞类型 所有类型 较少的
易遗传纠正 容易 困难

总的来说,重新编程是非常灵活的。它提供了无限的潜力产生所有类型的细胞在体内。另一方面,目前只有少数细胞类型成功地转分化,这限制了该过程的效用。此外,当细胞繁殖时,在重编程过程中对细胞进行基因修饰要容易得多在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。在目标是在患者中修复疾病诱导的遗传突变的情况下,试图转移转移任何患者的细胞不会缓解该问题。那么最好的选择是从患者那里消除细胞在体外然后在将细胞分化为正确的谱系中并将它们返回给患者之前校正所得IPSC中的受损基因。

在这篇文章中,我详细介绍了将细胞转化为补充和修复丢失或损坏的细胞的两个主要过程。转染和重新编程都给出了研究人员将差异化细胞转化为不同的细胞类型的能力。虽然转化引入适用于类似谱系之间的切换单元类型,但重新编程更加多样化和普遍。


非常感谢我们的客人博主,库斯穆卡(Kushi)Mukherjee。

Kushi Photo Square.png.Kusumika(Kushi)Mukherjee是编辑药理科学的趋势,细胞新闻评论杂志。她加入了Cell Press在完成Massachusetts综合医院和哈佛医学院的博士后培训后追求科学交流和出版。与她联系在linkedin @上https://www.linkedin.com/in/kmukherjeephd /

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