1月12日Science上在線報道了來自加州大學(xué)伯克利分校的研究人員開發(fā)出了對小鼠胚胎干細胞進行重編程的新方法，該方法能夠使其表現(xiàn)出像受精卵一樣的發(fā)育特性。

干細胞的多能性與受精卵不同

研究者指出，這些全能的干細胞不僅能夠產(chǎn)生發(fā)育胚胎中所有的細胞類型，還能夠產(chǎn)生一些能促進胚胎和母體之間營養(yǎng)交換的細胞。

這項研究所創(chuàng)造的新干細胞系將有可能幫助研究人員理解早期胚胎發(fā)育過程中的分子決策，同時也將擴展干細胞所產(chǎn)生的組織類型的列表，對于再生醫(yī)學(xué)以及干細胞治療的開發(fā)有重大意義。

一個受精卵擁有完全的發(fā)育潛能，其能夠產(chǎn)生所需的所有細胞類型，包括發(fā)育中的胚胎以及額外的胚胎組織。相比較而言，很多胚胎干細胞和誘導(dǎo)多能干細胞往往會因發(fā)育潛能而更受限制，能夠形成胚胎的細胞類型，但卻并不能形成胚外組織。目前，胚胎干細胞收集自培養(yǎng)三天半的小鼠胚胎和培養(yǎng)五天半的人類胚胎。從收集時起，這些干細胞的命運似乎就已經(jīng)決定了是形成胚胎而非胚外組織，不過新的研究卻顯示干細胞的命運也是可以被調(diào)控的。

研究者Lin He教授說：“對胚胎發(fā)育的研究更大程度得益于胚胎干細胞的培養(yǎng)系統(tǒng)以及最近誘導(dǎo)多能干細胞的研究發(fā)現(xiàn)。這些實驗系統(tǒng)能夠幫助科學(xué)家找到胚胎發(fā)育過程中負責特殊細胞命運決策的關(guān)鍵分子途徑。但當精子和卵子剛剛結(jié)合形成受精卵后的獨特發(fā)育潛能是非常難研究的，這往往是因為缺少研究材料以及細胞培養(yǎng)實驗系統(tǒng)。”

他的新研究不僅揭示了調(diào)節(jié)全能干細胞狀態(tài)的新分子機制，同時也為進一步研究干細胞的全能性提供了一種強大的細胞培養(yǎng)系統(tǒng)。

一個小RNA就能讓胚胎干細胞多能性擴展

microRNAs是一類小型的非編碼RNA分子，其能夠調(diào)節(jié)基因表達?？茖W(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有一些microRNA是未分化或已分化的胚胎干細胞所特有的，這些microRNA在動植物體內(nèi)調(diào)控干細胞的特性，對于干細胞的自我更新或維持未分化的狀態(tài)具有重要的意義。不過這些研究集中在促進干細胞定向分化上面，并未設(shè)想居然可以有一個microRNA分子，能將干細胞的多能性返回至受精卵的狀態(tài)。

在這項新的研究中研究人員發(fā)現(xiàn)，名為miR-34a的microRNAs分子似乎能夠作為一種“制動器”，來防止胚胎干細胞和誘導(dǎo)多能干細胞產(chǎn)生胚外組織，當miR-34a被刪除后，上述兩種細胞都能夠擴展它們的發(fā)育決策來產(chǎn)生胚胎細胞類型、胎盤以及卵黃囊。研究人員發(fā)現(xiàn)，大約20%缺失miR-34a的胚胎干細胞能夠表現(xiàn)出擴展性的潛在命運，此外，這種效應(yīng)可以在細胞培養(yǎng)液中維持長達一個月。

He教授表示讓他們非常驚奇的是：僅僅操控單一的microRNA就能夠大大擴展胚胎干細胞的細胞命運決策。這一發(fā)現(xiàn)不僅鑒別出了一種能夠調(diào)節(jié)全能性干細胞的新型機制，還揭示了非編碼RNAs在干細胞命運中的重要性。

此外，這項研究中，研究人員還發(fā)現(xiàn)了miR-34a分子和小鼠機體中一類逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子之間一個意想不到的聯(lián)系。逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子被認為是“垃圾DNA”，很多年來生物學(xué)家們推測這類轉(zhuǎn)座子在機體正常發(fā)育期間似乎并沒有用處。但本文研究中研究者發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子似乎和早期胚胎的決策制定之間也存在著密切的關(guān)聯(lián)。

最后研究者之一Todd MacFanlan說：“目前需要面對的一個重要的問題就是這些逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子是否能夠作為干細胞發(fā)育決策制定的真正驅(qū)動因子。”