高绍荣

将干细胞技术应用到临床

2009年首次证明了 iPS 细胞的真正多能性,被美国 TIMES 评为2009年世界十大医学突破之一,同济大学生命科学与技术学院院长,高绍荣教授从事哺乳动物早期胚胎发育和体细胞重编程分子机制与干细胞工作,已有近20年。
在2016年《Cell》杂志广邀世界各地干细胞研究领域的科研工作者,高绍荣教授在谈到iPSCs 领域时认为,采用全面的方法,尤其是全基因组测序,在分子水平上深入探究诱导重编程的秘密将会是这一领域一个令人兴奋的方向。

本专题精选了高绍荣教授在2016年发表的3篇文章,翻译摘要以供读者更好的了解其工作成果。由于编辑个人翻译水平有限,如有错误感谢您的指正。

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Xu K., Chen X., Yang H., Xu Y., He Y., Wang C., Huang H., Liu B., Liu W., Li J., Kou X., Zhao Y., Zhao K., Zhang L., Hou Z., Wang H., Wang H., Li J., Fan H., Wang F., Gao Y., Zhang Y., Chen J., Gao S. Maternal Sall4 Is Indispensable for Epigenetic Maturation of Mouse Oocytes. J Biol Chem. 2016. (注:开源paper可下载)

母鼠中SALL4对卵母细胞成熟的表观遗传调控不可或缺

摘要:
Sall4(Splat-ike 4)对维持胚胎干细胞的多能性和各个发育过程发挥重要作用。这里,我们发现Sall4在卵母细胞和早期胚胎中高度表达。为了探究Sall4在卵子发生中的作用,我们使用CRISPR / Cas9系统获得了Sall4特异性敲除母鼠。我们发现Sall4的缺失导致卵母细胞在生长囊泡阶段发育停滞,没有细胞核,并且随后减数分裂的启动被禁止。我们进一步发现母体Sall4的损失导致卵母细胞中无法出现DNA甲基化。此外,我们发现Sall4通过调节关键组蛋白去甲基酶编码基因Kdm5b,Kdm6a和Kdm6b在卵母细胞中的表达,从而调节H3K4me3和H3K27me3修饰水平。并且,我们证明了异常H3K4me3和H3K27me3水平会导致负责卵母细胞成熟和减数分裂启动关键基因的错误表达。总之,我们的研究发现了Sall4在调控小鼠卵母细胞成熟中起到关键作用。

2

Wang Y., Gao S. Naive Induced Pluripotent Stem Cells Generated From beta-Thalassemia Fibroblasts Allow Efficient Gene Correction With CRISPR/Cas9. Stem Cells Transl Med. 2016. 5(1). 8-19(注:开源paper可下载)

利用CRISPR/Cas9可以对β-地中海贫血患者的成纤维细胞产生的原始诱导多能干细胞(iPSCs)有效完成基因修正。

摘要:
常规的始发态(primed)胚胎干细胞和诱导多能干细胞iPSCs表现出不同于原始态多能干细胞的分子和生物学特征。尽管原始态多能干细胞显示出更高的自我更新能力和多向分化能力,目前尚不清楚是否可以用患者的体细胞直接生成原始态多能干细胞,以及它是否优于始发态iPSCs。在本研究中,我们利用建立的5i/L/FA系统,将一位β-地中海贫血患者的成纤维细胞直接重编程成为了非转基因且具有基态多能性分子标记的原始态iPSCs。此外,这些原始态的iPSCs可以有效地生成跨物种嵌合体。重要地是,利用成簇规律间隔短回文重复序列/相关核酸酶9(CRISPR/Cas9)基因组编辑系统证实,相比于对应的始发态iPSCs,这些原始态iPSCs显示基因修正效率大大提高。此外,通过非侵袭性方式收集的泌尿细胞可以直接生成人类原始态iPSCs,由于容易获得这些细胞,因此这是能够用于进一步临床试验的优异细胞资源。因此,我们的研究结果表明了使用针对患者的原始态iPSC用于疾病建模、基因编辑和未来的临床治疗的可行性和优势。

3

Gao R., Xiu W., Zhang L., Zang R., Yang L., Wang C., Wang M., Wang M., Yi L., Tang Y., Gao Y., Wang H., Xi J., Liu W., Wang Y., Wen X., Yu Y., Zhang Y., Chen L., Chen J., Gao S. Direct induction of neural progenitor cells transiently passes through a partially reprogrammed state. Biomaterials. 2016. 119. 53-67(注:开源paper可下载)

直接诱导的神经前体细胞维持短暂部分重编程状态

摘要:
功能性神经前体细胞(NPCs)的产生对于神经退行性疾病的研究和临床应用都具有重大意义。一般来说,NPCs源自胚胎干细胞(ESCs)和诱导多功能干细胞(IPSC);某些情况下,通过一组转录因子或化学鸡尾酒和/或低氧状态,NPC可以从体细胞直接转化。但是,由于ESCs的伦理问题,来自iPSCs的肿瘤风险,和外源基因的转基因整合以及化学诱导的NPC(ciNPC)的复杂操作和耗时限制了这些方法的应用。这里,我们描述了一种新的方法,以生长因子为基础,在培养基中调控信号表达诱导小鼠胚胎和成纤维细胞转化为神经前体细胞(giNPCs)。这些giNPCs在转录网络和神经谱系分化潜能方面非常类似于脑源性NPC。此外,这种体细胞对NPC诱导是一个渐进的过程,包括启动,中间,成熟和稳定阶段。重要的是,基因表达和组蛋白修饰分析进一步显示在诱导NPC的产生过程期间会经历部分重编程状态,其中谱系特异性基因和多能性相关基因被瞬时激活。由此可见,这类非整合型的直接诱导生成神经前体细胞的策略仍然存在潜在的安全问题。强调在未来的临床试验中排除NPC中剩下的部分重编程细胞和肿瘤样细胞,具有十分重要的意义。

如您对高绍荣教授的研究非常关注,请您关注即将在2017年3月24、25日在上海举办的“基因编辑专题研讨会”。高绍荣教授将在会议上就他的研究同各位做深入探讨。

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