干細胞領域迎來重大突破！e4CL培養基人工誘導讓多能干細胞重返8細胞期

2022-07-27 00:00:00 22閱讀次數

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1. 研究背景

全能干細胞(totipotent stem cell, TSC)是指具有無限分化潛能，能分化成所有組織和器官的干細胞。在人類受精卵形成之初，基因組處于沉默狀態，需要依賴卵子攜帶的母源因子執行細胞功能。而當受精卵分裂至8細胞階段時，母源因子逐漸降解消除，合子基因組激活。因此，從受精卵到8細胞胚胎過程中的每個細胞都具有全能性，都具有發育成完整個體的可能性。此前，諾貝爾生理學/醫學獎得主日本科學家山中伸彌(Shinya Yamanaka)誘導培養的多能干細胞是類似于受精卵發育 5-6 天的狀態

近期，《Nature》期刊在線刊登了應用人多能干細胞向胚胎8細胞狀態人工誘導的科研成果。在此研究中，研究人員開發了一種非轉基因、快速且可控的“雞尾酒”細胞重編程方法將人多能干細胞誘導成類似受精卵發育3天狀態的人類全能干細胞，即8細胞期胚胎樣細胞（8細胞樣細胞，8-cell embryo-like cell，8CLC），這是迄今為止在體外誘導獲得的“最年輕”的人類細胞。與多能干細胞相比，這種細胞可以分化為胎盤組織，并可能發育成為更優質的各類身體組織，有利于未來實現器官的體外再生，為全球數百萬需要進行器官移植的患者帶來新希望。

圖1 圖片來源于Nature官網

2. e4CL培養基誘導8CLC全能性干細胞

研究者通過測序技術篩選靶向人類胚胎干細胞(ESC)信號轉導和表觀遺傳學通路的多種小分子化合物，以確定產生8CLC的培養條件。在驗證14種化合物的多種組合類型后，研究者建立了利用e4CL培養基建立了兩種誘導8CLC的方法：直接誘導法和階段誘導法。直接誘導法(direct e4CL)是原始多能干細胞在e4CL培養基中直接培養7天，可以激活全能性基因；階段誘導法(階段 e4CL)是原始多能干細胞用4CL培養基培養12天（3代），然后用e4CL培養基培養5天,促進了TPRX1、ZSCAN4、ZSCAN5B、DUXA/B和ZNF280A等全能性基因的表達，這些基因在不同的原始培養基中，在PSC細胞中表達量較低。

4CL培養基包含EZH2抑制劑DZNep (3-Deazaneplanocin A)、HDAC抑制劑TSA、MEK抑制劑PD0325901、tankyrase抑制劑IWR1、ROCKI/II抑制劑Y-27632和Human LIF（Leukemia inhibitory factor，白血病抑制因子）；e4CL培養基中TSA和DZNep劑量的增加。

圖2 8CLC的誘導方法（圖片來源于文章PMID: 35314832）

3. 8CLC全能性驗證

研究者還從分化成滋養層干細胞的能力、人類囊胚形成能力和畸胎瘤分化過程中產生胚外組織細胞的能力等方面系統評估了8CLC的分化潛能，證明其具有胚胎的三胚層和胚外的滋養層發育潛能，即具有全能性。8CLC在功能層面上與人類8細胞期細胞的分化能力契合，是研究人類早期胚胎發育的可靠重要材料，科學家首次真正意義上將人多能干細胞 “轉化” 為全能性的胚胎細胞。

圖3 利用8CLC構建的類囊胚和畸胎瘤展示出8CLC的發育全能性（圖片來源于文章PMID: 35314832）

4. e4CL培養基產品推薦

產品名稱	產品編號	規格	簡介
3-Deazaneplanocin A	53282ES	1 mg/5 mg	EZH2抑制劑
TSA	51406ES	1 mg/5 mg	HDAC抑制劑
PD0325901	53011ES	5 mg/10 mg/50 mg	MEK抑制劑
IWR1	52915ES	5 mg/10 mg/25 mg	tankyrase抑制劑
Y-27632	53006ES	1 mg/5 mg/10 mg	ROCK I/II抑制劑
Y-27632 dihydrochloride	52604ES	5 mg/10 mg/25 mg	ROCK I/II抑制劑
Recombinant Human LIF	92111ES	5 μg/100 μg/500 μg	白血病抑制因子
Ceturegel^® Matrix hESC-Qualified，LDEV-Free基質膠（等同于matrigel基質膠）	40190ES08/10	5mL/10mL	干細胞