诱导性多功能干细胞

Ips细胞首先由科学家 Takahashi和Yamanaka在 2006年建立的。实验原理如 下：利用逆转录病毒载体在 小鼠成纤维细胞中导入了4个 与多功能性有关的基因： Oct4,Sox2,c-myc和Klf4。利 用多能性标志分子Fbx15的 表达对转染后的细胞进行了 筛选，最终的到了ips细胞， 这种细胞的功能和性能几乎 和胚胎干细胞一样。
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詹姆斯·汤姆森小 组的论文发表在 11月20日的《科 学》杂志上
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俞君英是11月 20日《科学》 杂志论文的第 一作者
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2006年8月，日本科学家山中伸弥小组首先在小鼠身上取得成功
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诱导产生的多功能性干细胞
2006年，Takahashi 和 Yamnaka 将几个转录 因子导入已分化的小鼠皮肤成纤维细胞，进而 获得了类似于胚胎干细胞的多能性干细胞，称 之为“诱导产生的多功能性干细胞” （induced pluripotent stem cells,iPS细胞）。 这一研究明确地证实了分化的细胞可以通过少 数几个因子的外源导入而被重编程到具有多能 性的状态，因而受到了整个生命科学领域的广 泛关注。
这种方法所受的启示来 源于“ ES细胞-体细胞 融合实验”。细胞的多 能性收到许多因子精密 而又复杂的调控。ES细 胞和体细胞融合后能诱 导体细胞核的重新编程， ES细胞中存在着一些因 子，这些因子对于多能 性的建立可能至关重要。
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Ips细胞的研究概况（两个相关实验）
诱导产生多能性 干细胞的研究
里程碑式的科学突破
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细胞重编程的 研究概况
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核移植
核移植试验最初是在两 栖动物中实现的，通过 将体细胞核注入到去核 卵母细胞中。迄今，人 们已经获得了多种核移 植动物，也建立了来源 于核移植胚胎的胚胎干 细胞系。
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体细胞核移植试验也具有很大的局限性
克隆的效率极低 产生的许多后代在各个阶段都体现出严重的发
育异常 由于需要卵母细胞，核移植实验在人类中的应
用受到强烈的伦理学质疑
这些不足，都制约了核移植技术的进一步发展 和应用。
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将成熟的体细胞与多潜能的细胞
（ES细胞、胚胎癌细胞等）融合，或者 用胚胎干细胞提取物来处理体细胞，也 可以在一定程度上使体细胞发生重编程。
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下面简单介绍一下这些研究中所用到的多能性 相关因子Oct4,Sox2,c-myc和Klf4在多能性调 控中的作用。
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1.Oct3/4
Oct-4（也称Oct-3）属于POU转录因子家族的一员 [1~3] 。
是哺乳动物胚胎发育的一个关键的调控因子。是全 能性的标志，它能够促使ICM形成、维持胚胎干细 胞未分化前状态并促进其增殖。
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接下来，介绍一下体细胞重编程不经过胚胎逆转 为多能干细胞的方法之一：通过特定基因的表达 将体细胞重编程过程逆转为干细胞。“基因重新 编排技术”，借助“逆转录酶病毒”为载体,即 向皮肤细胞中植入一组4个基因 (Oct4,Sox2,cmyc和Klf4 )，通过基因重新编排，使皮肤细胞 具备胚胎干细胞的功能。这种被改造过的细胞称 作“iPS细胞”。
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2.SOX2基因
SOX2基因是编码转录因子 的主控基因（master genes）家族的一个成员。 转录因子是些与DNA结合 并调节其他基因表达的蛋 白质
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3.癌症基因c-MYC
癌症基因c-MYC，是 一种最容易过渡表现于 人类的致癌基因，它对 某些成体干细胞的自我 更新起一定的作用，并 可以抑制ES细胞的分 化。
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里程碑式的科学突破
2006年11月20日，日本京都大学的山中伸弥 （Shinya Yamanaka)和美国威斯康星大学的 詹姆斯·汤姆森（James Thomson）分别在 《细胞》和《科学》杂志上发表重量级论文， 宣布他们用基因改造的手段，将人类体细胞改 造成了类胚胎干细胞，在功能上几乎可以和胚 胎干细胞相媲美。
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4.Klf4
Krueppel-like factor 4，KLF4上皮锌指转 录因子Klf4 (旧称 GKLF)调节体外细胞 的增生与分化
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iPS细胞诱导机制
已 导入病 分 毒基因 化 的 Oct3/4、 细 Sox2、 胞 c-Myc和
Klf4
病毒逆转录
胚胎干细胞培 养条件和筛选
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1.1.DNA甲基化 1.2.合子型基因的重新激活，如：Oct-4
2.重塑核结构
主要有包括核纤层A、B、C三种 核纤层蛋白的重塑
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3.细胞质重编程—miRNA
miRNA是决定细胞 分化方向的因子。
细胞中miRNA成分 的改变能提高细胞 对调节基因表达重 编程。
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Ips细胞
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诱导多功能细胞
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பைடு நூலகம்编辑ppt
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我们已经了解了体细胞重编程的原理和诱导多 功能干细胞的产生机制，下面让我们再深入了 解一下Ips细胞的研究概况和Ips细胞系建立的 一些重要环节。
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Ips细胞的研究概况（研究方法）
这是一种具有很强创新性 的研究方法：通过外源 导入与多功能相关并且 能使重组细胞恢复全能 性的转录基因来诱导体 细胞核发生重新编程， 从而使体细胞转变成多 能性干细胞。
利用这两种方法，可以实现某些多功能 性标志分子的重新表达和多种分化潜能 的获得。
但是，体细胞与多能性细胞的融合率较 低，融合之后的细胞具有两套染色体， 并且在移植后会发生排斥现象，这就制 约了细胞融合的临床应用。
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有没有相对简单，又可摆脱材料 来源和伦理学诸多限制，重编程 的效率和程度都十分可观的新方 法呢？
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在研究诱导多功能性干细胞产生的原理机 制之前，先了解一下体细胞重编程逆转为 干细胞的研究进展
体细胞重编程的过程 体细胞重编程的原理 体细胞不经过胚胎逆转为多能干细胞的方法
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成体细胞核的重编程
1.核重编程：核移植后供体核停止本身的基因 表达程序，恢复为胚胎发育所必需的胚胎化基 因表达程序状态。此过程包括：染色体结构重 建、DNA甲基化、组蛋白乙酰化、印记基因表 达、端粒长度恢复、X染色体失活等。