阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校的Kejin Hu博士發(fā)現(xiàn)了一種強(qiáng)大的重編程因子，可以將皮膚成纖維細(xì)胞產(chǎn)生人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(HiPSCs)的效率提高20倍以上，加快重編程時(shí)間幾天，提高重編程的質(zhì)量。據(jù)信，HiPSC在醫(yī)學(xué)研究和疾病治療方面具有很大的前景。它們是人類胚胎干細(xì)胞(hESCs)的人造版本。生物醫(yī)學(xué)研究人員可以從許多體細(xì)胞產(chǎn)生HiPSC，例如來自皮膚活檢的成纖維細(xì)胞，而不會(huì)破壞任何人類胚胎。與hESC一樣，HiPSC具有分化成任何類型的特化細(xì)胞的能力。因此，它們可以分化成200多種不同類型的人類細(xì)胞中的任何一種。這些細(xì)胞是藥物開發(fā)和疾病建模的有效工具，它們還具有通過創(chuàng)建患者特異性多能干細(xì)胞來轉(zhuǎn)化移植醫(yī)學(xué)的潛力。用于細(xì)胞替代療法。目標(biāo)可能包括神經(jīng)系統(tǒng)疾病，心臟病，血液病和糖尿病。但是，生產(chǎn)這些細(xì)胞時(shí)，iPSC的這種承諾受到低效率(小于0.1%至1%)的阻礙，以及許多其他重大障礙。

在3月7日Nature Nature上發(fā)表的一篇論文中，Hu和其他UAB研究人員描述了他們成功尋找一種重編程因子，該因子提高了效率，縮短了細(xì)胞重編程所需的時(shí)間。重編程因子是稱為BRD3R的激酶家族蛋白，其讀取染色體中的乙?；M蛋白密碼。

當(dāng)胡實(shí)驗(yàn)室觀察人類成纖維細(xì)胞重編程為iPSCs過程中BRD3R過表達(dá)誘導(dǎo)的基因表達(dá)時(shí)，他們也解開了自1962年諾貝爾獎(jiǎng)得主約翰古爾登首次克隆青蛙以來經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)的謎團(tuán)。腸細(xì)胞核進(jìn)入去核蛙卵細(xì)胞 - 即為什么動(dòng)物克隆只能在有絲分裂中期II階段的卵母細(xì)胞中成功?Hu發(fā)現(xiàn)BRD3R基因在引入成纖維細(xì)胞時(shí)，上調(diào)了128個(gè)有絲分裂基因，從而對重編程的有絲分裂優(yōu)勢產(chǎn)生了分子洞察力。

“當(dāng)我們看到mRNA測序數(shù)據(jù)時(shí)，他們解釋了為什么有絲分裂在重編程中如此重要，”胡說。“當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)一種新的重編程因子時(shí)，我很興奮，也是第二次發(fā)現(xiàn)。”

為了重新編程成纖維細(xì)胞，Hu實(shí)驗(yàn)室使用了由慢病毒載體遞送的BRD3R，以及日本諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Shinya Yamanaka在2006年首次成功將成熟小鼠細(xì)胞重編程為iPSC-OCT4，SOX2和KLF4中使用的三種基因。BRD3R無法取代三種必需的Yamanaka重編程因子中的任何一種，表明BRD3R在重編程中具有獨(dú)特的作用。胡和他的同事們在無異種培養(yǎng)基中對人體細(xì)胞進(jìn)行了重編程，沒有使用任何來源的小鼠飼養(yǎng)細(xì)胞或血清。無異種生產(chǎn)將成為FDA對人類iPSC未來臨床應(yīng)用的良好生產(chǎn)實(shí)踐要求。

在2011年到達(dá)干細(xì)胞研究所，UAB生物化學(xué)和遺傳學(xué)系后，胡開始尋找新的重編程因子。“我相信新的重編程因子會(huì)以更有效，更快的方式產(chǎn)生更多真正的iPSC。”

他獲得了558個(gè)人類激酶基因的文庫，并開始篩選一批89個(gè)。在將三個(gè)Yamanaka基因和他的測試激酶基因?qū)氤衫w維細(xì)胞后，他尋求提高iPSC生成的效率，通過增加判斷成功重編程的多能細(xì)胞的集落數(shù)，表達(dá)多能標(biāo)記堿性磷酸酶和TRA-1-60。胡的主屏幕顯示了11個(gè)候選人，但只有BRD3R在更嚴(yán)格的二級屏幕中充當(dāng)了新的重編程因子。

沒有與BRD3R-BRD2，BRD3和BRD4相似的BET亞家族基因顯示出重編程活性。由標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)顯示BRD3R產(chǎn)生的iPSC是多能的。盡管BRD3R是激酶文庫的成員，但尚未證實(shí)其具有激酶活性。但是，在重編程的早期階段，BRD3R最一致上調(diào)的基因是編碼四種激酶的基因，包括主要的有絲分裂激酶和關(guān)鍵的有絲分裂激酶，五種調(diào)節(jié)激酶活性的基因和一種磷酸酶基因。因此，Hu及其同事寫道，“即使BRD3R可能沒有激酶活性，它似乎可以調(diào)節(jié)一種重要的有絲分裂激酶網(wǎng)絡(luò)以促進(jìn)重編程。”

在干細(xì)胞與發(fā)育同時(shí)發(fā)表的另一篇論文中，胡的實(shí)驗(yàn)室報(bào)告了一個(gè)有希望的解決方案，解決與人類iPSC的臨床應(yīng)用相關(guān)的問題。HiPSC像癌細(xì)胞一樣具有猖獗的生長，并且基于HiPSC的移植物中單個(gè)HiPSC細(xì)胞的污染將導(dǎo)致受體患者腫瘤發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)。此外，不完全分化的HiPSC也被認(rèn)為是致瘤的?；贖iPSC的細(xì)胞療法已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗(yàn)，沒有安全方案可以消除接受基于HiPSC的移植患者腫瘤發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)。胡的研究的一個(gè)目標(biāo)是建立協(xié)議，以消除基于HiPSC的移植中的致瘤細(xì)胞。他的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，使用成熟的抗體靶向HiPSC標(biāo)記表面蛋白PODXL會(huì)殺死多能細(xì)胞。

“我們建議，”作者寫道，“該抗體可用于消除人類PSC衍生細(xì)胞中的致瘤多能細(xì)胞，用于細(xì)胞移植。”

已知PODXL涉及10多種不同的人類惡性腫瘤，并且在轉(zhuǎn)移和腫瘤侵襲中具有報(bào)道的作用。胡的實(shí)驗(yàn)室有興趣發(fā)現(xiàn)相同的抗體是否可以殺死癌癥患者的其他惡性細(xì)胞。

Hu及其同事發(fā)現(xiàn)PODXL在HiPSCs中具有高基因表達(dá)，并且當(dāng)細(xì)胞分化時(shí)它被下調(diào)。他們最近發(fā)現(xiàn)殘留的PODXL陽性人群即使在延長分化后仍然存在。胡說，迫切需要檢查基于HiPSC的移植物中殘留的PODXL陽性細(xì)胞群的致瘤性。