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懷特黑德研究所和麻省理工學(xué)院科研小組開發(fā)了一種新型遺傳標(biāo)記物，可以有效提高誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）恢復(fù)大不成熟的胚胎狀態(tài)的效率，利用這一技術(shù)，人們可以預(yù)測(cè)哪些細(xì)胞能成功標(biāo)稱多能干細(xì)胞，這篇題為“Single-cell gene expression analyses of cellular reprogramming reveal a stochastic early and hierarchic late phase”論文發(fā)表在Cell雜志上。

幾年前，生物學(xué)家們發(fā)現(xiàn)常規(guī)的體細(xì)胞可以重新編程成為具備生成所有其他類型細(xì)胞能力的多能干細(xì)胞。這樣的細(xì)胞大有希望用于治療許多的人類疾病。

這些誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）通常是通過遺傳修飾細(xì)胞過表達(dá)四種基因使得它們恢復(fù)到不成熟的胚胎狀態(tài)而生成。但這一程序只能在一小部分細(xì)胞中起作用。

現(xiàn)在，來自懷特黑德研究所和麻省理工學(xué)院的研究人員確定了新的遺傳標(biāo)記物，有可能幫助使這一過程更有效率，科學(xué)家們能夠預(yù)測(cè)哪些處理細(xì)胞將成功地轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄芨杉?xì)胞。

新的研究論文在線發(fā)布在9月13日的《細(xì)胞》（Cell）雜志上。根據(jù)研究人員所說，該研究還確定了生成iPSCs的重編程因子新組合。

領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是干細(xì)胞研究領(lǐng)域的人物Rudolf Jaenisch，Jaenisch是懷特黑德研究所的創(chuàng)始人之一，曾經(jīng)擔(dān)任過干細(xì)胞學(xué)會(huì)的主席。其在一系列的領(lǐng)域做出了有影響的工作，包括基因敲除小鼠、表觀遺傳學(xué)研究、核移植、iPS等，解決了這些領(lǐng)域幾乎所有的重要問題。論文的另一位主要作者是懷特黑德研究所博士后Yosef Buganim。

“在以往的研究中，你無法檢測(cè)表達(dá)預(yù)測(cè)性多能標(biāo)記物的少數(shù)細(xì)胞。這一研究真正酷的地方在于你能早期檢測(cè)兩個(gè)或三個(gè)表達(dá)這些重要基因的細(xì)胞，這是以前從未做到過的，”論文的主要作者之一、Jaenisch實(shí)驗(yàn)室的研究生Dina Faddah說。

單細(xì)胞分析

2007年，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)通過過表達(dá)Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4四種基因成體干細(xì)胞可以被重新編程。然而在這些基因過表達(dá)的細(xì)胞群中只有約0.1-1%的細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄芨杉?xì)胞。

在新研究中，Jaenisch小組重編程了小鼠胚胎成纖維細(xì)胞并在整個(gè)過程的幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)檢測(cè)了已知或懷疑與多能性有關(guān)的48種基因的表達(dá)。這使得他們能夠比較成為以及未成為多能干細(xì)胞的細(xì)胞以及只有部分重編程的細(xì)胞之間的基因表達(dá)圖譜。

重編程的過程需要32-94天時(shí)間，一旦重編程完成，研究人員便在zui終成為多能干細(xì)胞的細(xì)胞中檢測(cè)了表達(dá)的基因。

研究小組在zui終變?yōu)槎嗄芨杉?xì)胞的細(xì)胞中確定了四個(gè)很早（在重編程基因傳遞約6天后）就開啟的基因Esrrb, Utf1, Lin28 和Dppa2，它們控制了參與多能性的其他基因的轉(zhuǎn)錄。

研究人員還發(fā)現(xiàn)一些從前提出的多能性標(biāo)志物在僅部分編程的細(xì)胞中處于活性狀態(tài)，表明這些標(biāo)記物將是無用的。利用新發(fā)現(xiàn)的標(biāo)志物，“你可以消除并沒有*重編程的所有克隆，你不會(huì)想將部分重編程的iPSCs用于患者特異性治療，”Buganim說。

為了非常準(zhǔn)確地讀取細(xì)胞遺傳圖譜，研究人員利用稱作Fluidigm（相關(guān)網(wǎng)頁鏈接）的微流體系統(tǒng)篩查了基因，然后用可檢測(cè)單鏈mRNA的熒光成像技術(shù)證實(shí)了他們的結(jié)果。

新研究*次檢測(cè)了在細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄軤顟B(tài)過程中單個(gè)細(xì)胞的遺傳改變。以往的研究是在大群細(xì)胞中觀測(cè)基因表達(dá)改變，而并非所有實(shí)際上重編程的細(xì)胞，使得難于找出參與這一過程的基因。