來自Vavilov普通遺傳學(xué)研究所，物理化學(xué)醫(yī)學(xué)研究所和莫斯科物理科學(xué)與技術(shù)研究所(MIPT)的研究人員得出結(jié)論，重編程不會在重編程和胚胎干細(xì)胞之間產(chǎn)生差異。結(jié)果發(fā)表在Cell Cycle雜志上。干細(xì)胞是專門的，未分化的細(xì)胞，可以分裂并具有在早期生長和生長過程中發(fā)展成體內(nèi)許多不同細(xì)胞類型的顯著潛力。此外，它們在許多組織中作為一種內(nèi)部修復(fù)系統(tǒng)，基本上沒有限制地補(bǔ)充其他細(xì)胞。當(dāng)干細(xì)胞分裂時，每個新細(xì)胞都有可能保留干細(xì)胞或成為另一種更特化的細(xì)胞類型，如肌細(xì)胞，紅細(xì)胞或腦細(xì)胞(圖1)?？茖W(xué)家區(qū)分了幾種類型的干細(xì)胞?？赡茉隗w內(nèi)產(chǎn)生任何細(xì)胞的干細(xì)胞稱為多能干細(xì)胞。成人體內(nèi)沒有多能干細(xì)胞; 它們在早期胚胎中天然存在。

有多種方法可以獲得多能干細(xì)胞。第一種是從體外受精過程中產(chǎn)生的多余胚胎中提取它們。但這種做法在技術(shù)上和道德上仍然存在爭議，因?yàn)樗_實(shí)會破壞可能植入的胚胎。這就是為什么研究人員想出了獲得多能干細(xì)胞的第二種方法 - 重新編程成體細(xì)胞。

“開啟”在干細(xì)胞中活躍的基因并“關(guān)閉”負(fù)責(zé)細(xì)胞特化的基因的過程稱為重編程。該技術(shù)由Shinya Yamanaka開創(chuàng)，他表明在早期胚胎發(fā)育過程中引入四種特定蛋白質(zhì)可用于將成體細(xì)胞轉(zhuǎn)化為多能細(xì)胞。他與John Gurdon爵士一起被授予2012年諾貝爾獎，“因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)成熟細(xì)胞可以重新編程成為多能細(xì)胞。”(圖2)。

由于其獨(dú)特的再生能力，干細(xì)胞提供治療任何疾病的潛力。例如，已經(jīng)存在從干細(xì)胞移植視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞和脊柱細(xì)胞的情況。另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明，干細(xì)胞能夠在小鼠體內(nèi)再生牙齒。重編程具有新的醫(yī)學(xué)應(yīng)用的巨大潛力，因?yàn)橹鼐幊痰亩嗄芨杉?xì)胞(或誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞)可以由患者自己的細(xì)胞制成，而不是使用來自胚胎的多能細(xì)胞。

然而，誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞與人胚胎干細(xì)胞之間的相似程度仍不清楚。最近的研究強(qiáng)調(diào)了這兩種類型的干細(xì)胞之間的顯著差異，盡管僅分析了有限數(shù)量的不同來源的細(xì)胞系。研究人員比較了先前已從胚胎干細(xì)胞分化的成體細(xì)胞類型重編程的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞系。所有這些細(xì)胞都是同基因的，這意味著它們都具有相同的基因組。

科學(xué)家分析了轉(zhuǎn)錄組 - 在細(xì)胞中編碼，合成和使用的所有產(chǎn)品的集合。此外，它們引發(fā)甲基化DNA區(qū)域，因?yàn)榧谆诩?xì)胞特化中起關(guān)鍵作用。對基因活性調(diào)控機(jī)制變化的深入研究表明，重編程和胚胎干細(xì)胞相似。此外，研究人員提出了275個能夠呈現(xiàn)重編程結(jié)果的關(guān)鍵基因的活動清單。

研究人員分析了三種類型的成體細(xì)胞 - 成纖維細(xì)胞，視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞。它們?nèi)坑上嗤幕蚪M組成，但化學(xué)修飾(例如甲基化)與其他變化相結(jié)合決定了DNA的哪一部分將用于產(chǎn)物合成。

科學(xué)家們總結(jié)說，重新編程的成體細(xì)胞類型和重新編程過程沒有留下任何痕跡。確實(shí)發(fā)生的細(xì)胞之間的差異被認(rèn)為是隨機(jī)因素的影響。“我們定義了最佳誘導(dǎo)多能干細(xì)胞系概念。至少有一個與胚胎多能細(xì)胞相似的iPSC克隆的最小數(shù)量為95%可信度為5，”MIPT博士和研究所的Dmitry Ischenko說。物理化學(xué)醫(yī)學(xué)研究員。

顯然，沒有人會將胚胎干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為神經(jīng)元并將其重新編程為誘導(dǎo)干細(xì)胞 - 這將耗費(fèi)時間和成本太高。該實(shí)驗(yàn)?zāi)M了將患者的成體細(xì)胞重編程為誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞以供進(jìn)一步醫(yī)學(xué)使用。盡管本文目前尚未提出體外器官生長方法，但它是朝著正確方向邁出的重要一步。誘導(dǎo)多能細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞都可以幫助我們了解特異性細(xì)胞如何從多能細(xì)胞發(fā)育。在未來，它們還可能為許多目前無法治愈的疾病患者提供無限量的替代細(xì)胞和組織。