胚胎干细胞由皮肤细胞产生
耶路撒冷希伯来大学(HU)的研究人员已经找到了将皮肤细胞转化为包含早期胚胎的三种主要干细胞类型的方法。这项工作(在小鼠细胞中)对胚胎疾病和胎盘功能障碍的建模具有重要意义,同时也为从皮肤细胞创造完整胚胎铺平了道路。
正如细胞干细胞一样,HU的发育生物学和癌症研究部的Yossi Buganim博士及其团队发现了一组能够将小鼠皮肤细胞转化为构成早期胚胎的所有三种细胞类型的基因:胚胎本身,胎盘和胚胎外组织,如脐带。将来,有可能从人体皮肤细胞中创造出完整的人类胚胎,而不需要精子或卵子。这一发现对于模拟胚胎缺陷和揭示胎盘功能障碍以及通过在培养皿中创建人类胚胎来解决某些不育问题具有重大意义。
早在2006年,日本研究人员通过表达四个中心胚胎基因,发现了皮肤细胞被“重新编程”到可以产生整个胎儿的早期胚胎细胞中的能力。这些重编程的皮肤细胞,称为“诱导的多能干细胞”(iPSCs),与受精后早期发育的细胞相似,并且与其天然对应物基本相同。这些细胞可以发育成所有胎儿细胞类型,但不会发展成胚胎外胚胎组织,如胎盘。
现在,由胡氏生命科学研究所的Yossi Buganim博士,Oren Ram博士和胡氏计算机科学与工程学院的Tommy Kaplan教授以及博士生Hani Benchetrit和Mohammad Jaber领导的希伯来大学研究小组,发现了一种新的五种基因组合,当插入皮肤细胞时,将细胞重新编程为三种早期胚胎细胞类型 - 产生胎儿的iPS细胞,胎盘干细胞和发育成其他胚胎外组织的干细胞,比如脐带。这些转变大约需要一个月。
HU团队使用新技术来仔细检查控制皮肤细胞重编程的细胞命运决定和胚胎发育的自然过程的分子力。例如,研究人员发现,基因“Eomes”将细胞推向胎盘干细胞的身份和胎盘发育,而“Esrrb”基因则通过暂时获得一种外胚胎干细胞特征来协调胎儿干细胞的发育。
为了揭示在这些不同细胞类型形成过程中激活的分子机制,研究人员分析了当五种基因被引入细胞时细胞内基因组结构和功能的变化。他们发现,在第一阶段,皮肤细胞失去其细胞特性,然后慢慢获得三种早期胚胎细胞类型之一的新身份,并且这个过程由五个基因中的两个基因的水平控制。
最近,已经尝试在不使用精子或卵细胞的情况下开发整个小鼠胚胎。这些尝试使用了直接从活的,正在发育的胚胎中分离的三种早期细胞类型。然而,HU的研究是第一次尝试从皮肤细胞中同时产生所有三种主要细胞谱系。此外,这些发现意味着可能不需要“牺牲”活胚胎来制造试管胚胎。