耶路撒冷希伯来大学的研究人员发现了一种将皮肤细胞转化为早期胚胎的三种主要干细胞类型的方法。这项在老鼠细胞中的研究对模拟胚胎疾病和胎盘功能障碍具有重要意义,同时也为从皮肤细胞中创造整个胚胎铺平了道路。
正如《细胞干细胞》杂志所发表的,希伯来大学发育生物学和癌症研究系的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三种细胞类型的基因:胚胎本身、胎盘和脐带等胚外组织。未来,可能可以从人类皮肤细胞中创造出整个人类胚胎,而不需要精子或卵子。这一发现对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造人类胚胎来解决某些不孕问题具有深远的影响。
早在2006年,日本研究人员就发现了皮肤细胞能够通过表达四个中心胚胎基因被“重编程”为早期胚胎细胞,这些细胞可以生成整个胎儿。这些被重编程的皮肤细胞称为“诱导多能干细胞”(iPSCs),类似于受精后早期发育的细胞,本质上与自然细胞相同。这些细胞可以发育成所有胎儿细胞类型,但不能发育成胎盘等胚外组织。
现在,由Yossi Buganim博士、Oren Ram博士(希伯来大学生命科学研究所)和Tommy Kaplan教授(希伯来大学计算机科学与工程学院)领导的希伯来大学研究团队,以及博士生Hani Benchetrit和Mohammad Jaber,发现了一种新的五基因组合,当插入皮肤细胞时,可以将细胞重编程为三种早期胚胎细胞类型——创造胎儿的iPS细胞、胎盘干细胞和发育成其他胚外组织的干细胞,如脐带。
这些转变大约需要一个月时间。
希伯来大学团队使用新技术来仔细研究控制皮肤细胞重编程和胚胎发育自然过程的分子力量。例如,研究人员发现“Eomes”基因推动细胞向胎盘干细胞身份和胎盘发育,而“Esrrb”基因通过暂时获得胚外干细胞身份来协调胎儿干细胞发育。
为了揭示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个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身份,然后慢慢获得三种早期胚胎细胞类型之一的新身份,这一过程由五个基因中的两个水平控制。
最近,有人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体发育胚胎中分离的三种早期细胞类型。然而,希伯来大学的研究是首次尝试从皮肤细胞中同时创造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”活体胚胎来创造试管胚胎。