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上海信帆生物:廣州生物院發表干細胞新成果

更新時間:2016-05-05      瀏覽次數:1314

三月二十日,來自中科院廣州生物醫藥與健康研究院、武漢菲沙基因信息有限公司(Frasergen)和加拿大西蒙佛雷澤大學的研究人員,在學術期刊《Journal of BioLogical Chemistry》發表學術論文,該研究檢測了iPSC生成及隨后基因校正過程中的基因組不穩定性,指出重編程和基因打靶可能會產生大量但卻不同的基因組變化,因此,在iPSC誘導時及基因打靶之后,必須進行嚴格的基因組監控和選擇。

本文通訊作者是中科院生物醫藥與健康研究院研究員潘光錦博士,其2002年碩士畢業于山東醫學科學院,2005年博士畢業于清華大學醫學院,隨后在美國威斯康星大學-麥迪遜從事博士后研究,2010年至今為中科院廣州生物醫藥與健康研究院研究員。主要從事人胚胎干(ES)細胞多能性及自我更新的分子生物學調控和人誘導性多能干(iPS)細胞的形成及研究應用的可行性實驗室研究,研究成果曾經發表在Cell、Cell Stem Cell、FASEB J、JBC等學術期刊。

人體誘導多能干細胞(iPSCs),可以進行無限的自我更新,同時又保持產生體內所有類型體細胞的潛力,從而為發育生物學研究、疾病模型,以及在再生醫學上的應用開辟了新的途徑。將iPSCs生成與靶向基因組編輯相結合,的確已被用于構建各種遺傳疾病的模型,包括β-Thal。

β-Thal是世界上zui常見的一種遺傳性疾病,患者患有嚴重貧血,需要定期輸血。這種疾病是由β血紅蛋白基因(HBB)突變或缺失引起的,可破壞正常紅血細胞的功能。目前,從健康供體移植骨髓,是治愈β-Thal的*方法,但這種治療受到人類白細胞抗原(HLA)匹配供體缺乏的限制。

從理論上講,在突變HBB靶向基因組校正后從β-Thal患者生成iPSCs,可能是這些疾病一種理想的新療法。zui近開發的基因組編輯工具,如鋅指核酸酶(ZFNs)、轉錄激活因子樣核酸酶(TALENs)和聚集調節間隔短回文重復(CRISPR)/Cas9為基礎的RNA引導DNA內切酶,大大提高了人類iPSCs或ESCs的基因打靶效率,從而能夠生成個性化的、基因校正的iPSCs用于細胞治療。然而,重編程和隨后的基因打靶步驟,是否會生成有害的的基因組變化,在這種類型用細胞治療用于研究實踐之前還需要進行評估。

產生基因校正的iPSCs ,需要因子誘導的體細胞重編程和核酸酶輔助的基因打靶步驟。重編程或基因打靶技術對基因組穩定性的影響,已經吸引了諸多關注。例如,據報道,iPSCs比其他細胞系(比如ES細胞或體細胞)攜帶更頻繁的CNVs。這些CNVs中的一些確實歸因于細胞重組過程。然而,另一項研究報道了極少數的核苷酸水平變化,如非同義SNVs和INDELS,在通過非病毒方法產生的iPS細胞中被發現。同樣,基因組編輯工具(如TALENs或CRISPR/cas9)對基因組穩定性的影響也被分析過。一般來說,基于全基因組測序數據,這些基因組編輯工具似乎沒有引起太多的基因組變化,表明這些工具應用于研究可能是安全的。

這項研究的目的是,通過基因校正的β-Thal iPSCs產生過程,檢測所產生的基因組變化,包括通過非病毒方法、克隆選擇、擴增、基因組編輯和外源基因切除的iPSC生成。首先,研究人員用攜帶HBB第二內含子(位點654)純合點突變的羊水細胞,生成了一個非整合型的β-Thal iPSC細胞系。

然后,研究人員通過ZFN輔助的基因打靶和外源耐藥基因切除,校正了兩個突變的HBB等位基因,以獲得zui終的HBB校正iPSCs。接下來,研究人員對親代細胞進行了連續的CGHs和外顯子組測序。

這些研究結果表明,即使用非病毒方法,iPSC誘導也可能會產生一定數量的變化,包括CNVs和SNVs。同時,隨后的ZFN輔助基因打靶會造成可以忽略的CNVs,但是更多的SNVs。分析結果表明,因素誘導的體細胞重編程和ZFN輔助的基因打靶,往往會產生不同的基因組變化。在個性化基因校正iPSC細胞治療應用于研究之前,需要對這些變化進行仔細的分析和評估。

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