對罕見遺傳病的研究揭示了新的干細(xì)胞途徑

你如何提高諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)的發(fā)現(xiàn)?添加一種令人衰弱的致病基因突變。在發(fā)表在美國國家科學(xué)院院刊上的一項(xiàng)研究中，首先創(chuàng)建誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPSCs)的Shinya Yamanaka博士和他的同事們在格拉德斯通研究所找到了一種提高干細(xì)胞效率的方法。通過對罕見遺傳病的研究進(jìn)行重新編程。

iPSCs-干細(xì)胞由皮膚細(xì)胞產(chǎn)生，可??以在體內(nèi)革命化的生物醫(yī)學(xué)科學(xué)中轉(zhuǎn)化為任何類型的細(xì)胞。他們?yōu)樵偕t(yī)學(xué)和藥物發(fā)現(xiàn)的突破做出了貢獻(xiàn)，超越了研究人員曾經(jīng)認(rèn)為的可能。但與任何新技術(shù)一樣，仍有改進(jìn)的余地。例如，使用現(xiàn)有技術(shù)，不到百分之一的成人皮膚細(xì)胞被重編程為iPSC。

“創(chuàng)建iPSC的效率低是將該技術(shù)應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)的主要障礙，”Gladstone的高級研究員兼日本iPSC研究與應(yīng)用中心(CiRA)主任Yamanaka說。“我們的研究確定了一種令人驚訝的方法來增加我們可以產(chǎn)生的iPSC數(shù)量。”

科學(xué)家們從一個(gè)非常不同的目標(biāo)開始：創(chuàng)建一個(gè)細(xì)胞模型來研究骨化纖維發(fā)育不良(FOP)。這種極為罕見的遺傳性疾病導(dǎo)致肌肉，肌腱和韌帶變成骨骼，因此獲得了“石頭人綜合癥”的綽號。它是由ACVR1基因突變引起的，該突變過度激活對胚胎發(fā)育很重要的細(xì)胞信號傳導(dǎo)過程，并涉及一種叫做BMP的蛋白質(zhì)。

令人驚訝的是，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)他們可以從FOP患者的細(xì)胞中產(chǎn)生更多的iPSCs，而不是從健康個(gè)體中攝取的iPSC。他們認(rèn)為這是因?yàn)锽MP信號增強(qiáng)細(xì)胞更新 - 細(xì)胞復(fù)制的能力 - 并使它們保持多能狀態(tài)，能夠轉(zhuǎn)變?yōu)槿魏晤愋偷募?xì)胞。這兩個(gè)特征是干細(xì)胞的關(guān)鍵特征。為了證實(shí)他們的預(yù)感，研究人員阻止了BMP信號傳導(dǎo)，導(dǎo)致FOP患者細(xì)胞產(chǎn)生更少的iPSC。相反，激活信號傳導(dǎo)途徑產(chǎn)生更多的iPSC。

“最初，我們想建立一種可能有助于我們了解特定基因突變?nèi)绾斡绊懝切纬傻腇OP疾病模型，”第一作者Yohei Hayashi博士說，他是博士后Shinya Yamanaka的博士后學(xué)者。“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)FOP患者的細(xì)胞重編程比健康患者的細(xì)胞更有效。我們認(rèn)為這可能是因?yàn)閷?dǎo)致骨細(xì)胞增殖的相同途徑也有助于干細(xì)胞的再生。”

“這是第一個(gè)報(bào)道的病例，表明天然存在的基因突變可以提高iPSC的產(chǎn)生效率，”Gladstone的高級研究員，醫(yī)學(xué)博士Bruce Conklin補(bǔ)充道。“從攜帶基因突變的患者細(xì)胞中創(chuàng)建iPSC不僅可用于疾病建模，還可以為重編程過程提供新的見解。”

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