《 广州生物院等在iPS细胞的表观遗传特征研究上取得突破》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2018-03-08
  • 近日,中国科学院广州生物医药与健康研究院姚红杰研究员课题组与同济大学生命科学与技术学院江赐忠教授课题组合作在国际学术期刊Cell Death & Disease发表了题为Genome-wide DNA methylation analysis reveals that mouse chemical iPSCs have closer epigenetic features to mESCs than OSKM-integrated iPSCs的研究成果,揭示了化学小分子来源iPS细胞的表观遗传特征更加接近于ES细胞的表观遗传特征。

    胚胎干细胞(ES细胞)在再生医学的临床应用具有很大的应用潜力,但是由于其存在伦理问题而限制了其应用。据报道使用经典的四个转录因子Oct4, Sox2, Klf4和c-Myc诱导获得的诱导多能干细胞(4F-iPS细胞)与ES细胞存在表观修饰差异的现象。北京大学邓宏魁教授最早采用化学小分子诱导获得多能干细胞(C-iPS细胞)的方法开启了全新的iPS细胞获取的方法,但是至今对C-iPS细胞表观遗传特征知之甚少。

    在该研究中,姚红杰课题组在运用化学小分子成功将小鼠成纤维细胞诱导为C-iPS细胞的基础上,与江赐忠课题组合作研究了C-iPS细胞、4F-iPS细胞和mES细胞的DNA甲基化图谱与基因表达之间的关系。研究者首先通过简并亚硫酸盐测序(RRBS)和转录组测序分别获得了培养在相同条件下的C-iPS细胞、4F-iPS细胞和mES细胞的DNA甲基化图谱和基因达谱数据。通过分析发现,虽然C-iPS细胞、4F-iPS细胞和mES细胞在全基因组水平上甲基化程度基本接近,但是前两者的甲基化程度都略高于mES细胞;而且4F-iPS细胞的DNA甲基化程度要高于C-iPS细胞。研究者发现,与4F-iPS细胞相比,C-iPS细胞的反转录转座元件的甲基化状态更加接近于mES细胞的反转录转座元件的甲基化状态。而且,C-iPS细胞与mES细胞的印记基因有相似的DNA甲基化和基因表达水平,而4F-iPS细胞中的很多印记基因被异常DNA高甲基化而沉默。该研究结果表明化学小分子诱导获得的iPS细胞可能为基础研究和将来临床应用都提供了一个较好的策略,而转录因子诱导获得的iPS细胞所导致印记基因异常DNA甲基化可能是将来临床应用的一个限制因素。

  • 原文来源:http://www.gibh.cas.cn/xwdt/kydt/201802/t20180213_4951799.html
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    • 编译者:hujm
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    • 干细胞全能性对理解哺乳动物早期胚胎发育及再生医学应用至关重要。然而,传统胚胎干细胞(Embryonic stem cells,简称为ES细胞)向胚外组织发育的潜能有限,不具备全能性,在模拟早期胚胎发育及再生医学应用等方面具有局限性。北京大学邓宏魁教授团队和香港大学刘澎涛教授团队于2017年报道了通过小分子化合物将传统ES细胞诱导成为兼具胚内及胚外发育潜能的类全能性干细胞,并将其命名为扩展潜能干细胞(Extended pluripotent stem cells 或Expanded potential stem cells,简称为EPS细胞)。EPS细胞为组织再生提供了重要的种子细胞,具有重要的应用价值。然而,调控EPS细胞扩展潜能性的分子机制仍不清楚。   北京时间4月16日,中国科学院广州生物医药与健康研究院姚红杰研究员课题组在《核酸研究》(Nucleic acids research)上以“突破性研究论文”(Breakthrough Article)形式在线发表了题为YY1 safeguard multidimensional epigenetic landscape associated with extended pluripotency的研究论文。该研究揭示了阴阳因子YY1调控干细胞扩展潜能性的表观遗传新机制。   研究人员绘制了ES细胞和EPS细胞的染色质开放图谱,发现YY1显著富集在EPS细胞染色质特异开放区域,暗示其对EPS细胞具有潜在的调控作用。研究人员发现YY1可以通过介导(Enhancer)与启动子(Promoter)的相互作用维持EPS细胞特异基因的表达,包括Dnmt3l及Epas1等与胎盘发育相关基因。研究人员进一步揭示敲降Yy1使DNA甲基化相关因子DNMT3A,DNMT3B及DNMT3L的表达下调,进而导致EPS细胞的全基因组甲基化水平显著降低。随后,研究人员发现DNA甲基化水平的减弱促进了DNA敏感结合蛋白CCCTC结合因子(简称CTCF)在这些区域的结合,并使CTCF在组蛋白H3K4me3去甲基化酶5C(Kdm5c)和组蛋白去乙酰酶6(Hdac6)基因上介导的EP相互作用增强,促进Kdm5c和Hdac6的表达,并导致EPS细胞特异基因启动子区域H3K4me3和H3K27ac的富集水平显著减弱。同时,研究人员发现敲降Yy1导致EPS细胞的基因表达模式接近于ES细胞,而过表达Yy1使部分EPS特异基因在ES细胞中表达。为了探究YY1是否可以调控EPS细胞的胚外发育潜能,研究人员进一步利用体外胚外细胞分化系统结合单细胞转录组测序技术,发现敲降Yy1使EPS细胞向胚外内胚层(Extra-embryonic endoderm,XEN)样细胞的衍生能力减弱,揭示YY1是EPS细胞维持胚外发育潜能所必需的因子。   该研究揭示了YY1在调节表观遗传crosstalk中发挥着极其重要的作用,并阐明YY1通过调控DNA甲基化和组蛋白修饰的二维层面和染色质高级结构的三维层面,进而调控EPS细胞的特性和分化潜能。   姚红杰研究员课题组的董晓涛博士及博士研究生郭蓉为该文章的并列第一作者。姚红杰研究员为该文章的通讯作者。该研究得到了北京大学邓宏魁教授和徐君研究员的大力帮助。该研究成果得到了国家重点研发计划、国家相关人才计划、国家自然科学基金联合基金重点项目和中国科学院战略性先导科技专项等项目的资助。
  • 《广州生物院实现体内重编程再生T细胞技术突破》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2018-03-07
    • 北京时间2月13日零点,中国科学院广州生物医药与健康研究院王金勇研究组在免疫学刊物Nature Immunology(《自然免疫学》)在线发表了T细胞再生研究领域的创新性成果,首次通过体内重编程将B细胞直接转化为有生理功能的T细胞。该细胞在免疫缺陷鼠和模拟临床骨髓移植预处理后的野生型小鼠均能快速重建T免疫系统,产生长期获得性免疫记忆。该成果为重新认识血液谱系命运改变决定因子提供了新视角 ,也为寻找新来源T细胞用于细胞免疫治疗提供了新的理论指导。 自然发育过程中,造血干细胞是包括T细胞在内所有血液及免疫细胞的种子细胞,能够通过分化源源不断地产生T细胞。迄今,体外诱导造血干细胞分化再生T细胞技术存在的技术瓶颈是,体外无法成功模拟出T细胞发育的胸腺微环境。这一困难导致体外衍生的T细胞种类受限,而且产生的T细胞没有经过自体胸腺间质细胞和自体抗原递呈细胞辅助下的阳性、阴性筛选,产生的T细胞难以发挥正常、有效的生理功能。因此,重编程再生有生理功能的T细胞任重道远。 王金勇组联合了吉林大学、北京大学、军事医学科学院、海军军医大学、福建师范大学等多家单位的科研团队,并且在中国科学院生物物理所刘志华研究员,以及南京模式动物中心高翔教授的材料支持下,绕开体外无法模拟T细胞发育胸腺微环境的技术瓶颈,建立了一种体内大规模功能筛选获得再生T细胞的技术平台。科研人员从15个候选转录因子中筛选鉴定到Hoxb5这一因子。该因子犹如一把钥匙打开了门一样,在体内将B细胞重编程为T细胞。这种重编程过程在骨髓经历两周后产生类骨髓早期T淋巴祖细胞(BM-ETP),第三周胸腺就明显出现再生的早期T淋巴祖细胞(Thy-ETP)。从移植后第四个周,胸腺就开始大量输出有功能的T细胞。该方法可以重建胸腺50-80%的免疫输出功能。科研人员对在体内重编程重建T免疫系统的小鼠进行长达两年跟踪观察,未发现致瘤性安全风险。 体内重编程再生功能性T细胞是再生医学的重要课题,该方法理论上简单、高效、经济,能够产生大量Naive T(原始态)细胞,抗原刺激后可以产生长期获得性免疫记忆。这一科学研究对于T细胞抗肿瘤疗法、艾滋病等T免疫缺陷相关疾病个性化疗法提供新思路,具有重大的临床转化意义。 研究得到了国家自然科学基金、国家重大科学研究计划、中国科学院前沿科学重点项目、中国科学院战略性先导科技专项、广东省重大科技项目、广州市健康医疗协同创新重大专项等项目资助。中国科学院广州生物医药与健康研究院博士生张梦云、董勇、胡房晓为该论文的并列第一作者,王金勇研究员为通讯作者。