加州大學伯克利分校的生物工程師們證實,一些物理信號可以替代某些化學物質,推動成熟細胞恢復至多能狀態。這一研究發現發表在10月20日的《自然材料》(Nature Materials)雜志上。
領導這一研究的是加州大學伯克利分校生物工程系華人生物工程學家李松(Song Li)教授。其長期從事心血管系統疾病研究,在血管組織工程、干細胞功能,力-化學信號轉導等領域做出了突出的成績,曾獲得“AHA Scientific Development Award", "Whitaker Research Award", "Hellman Award"等數項國際重要獎項,是當今國際十分活躍的生物力學專家。
研究人員將取自人皮膚和小鼠耳朵的成纖維細胞,放置在具有10微米寬、3微米高的平行凹槽的平面上進行培養。在一種用于重編程成熟細胞的特制雞尾酒中培養2周后,研究人員發現相比于在平坦平面上培養的細胞,在有凹槽的平面上培養的細胞恢復至胚胎樣狀態的數量增高了4倍。而將細胞放置在平行排列的納米纖維支架中培育也具有相似的效應。
這項研究有可能顯著促進將成體細胞重編程為胚胎樣細胞的進程,后者可以分化發育為構成我們身體的所有組織類型。
因發現利用一些生化復合物和調控基因表達的蛋白質有可能實現細胞重編程,山中伸彌等科學家榮獲了2012年的諾貝爾生理學或醫學獎。這些誘導多能干細胞已經成為了再生醫學、疾病建模和藥物篩查的一個研究主流。
李松教授說:“我們的研究首次證明了生物材料的一些物理特性可以取代某些生化因子,調控細胞的身份記憶。我們證實可以將一些生物物理信號轉換為細胞內化學信號,誘導細胞發生改變。”
當前的細胞重編程過程依賴于一種方案:即利用一種病毒將一些改變基因的蛋白導入成熟細胞中。此外,包括丙戊酸在內的、某些可以顯著影響整個DNA結構和表達的化學復合物,也被用于提高重編程過程的效率。
主要作者Timothy Downing 說:“對于當前的方法,人們存在的一些擔心包括細胞實際重編程效率較低,以及某些強加的遺傳或化學操控會造成不可預知的長期影響。例如,丙戊酸是一種強效化學物質,可顯著改變細胞的表觀遺傳狀態,引起細胞內意外的改變。鑒于此,許多人一直在尋找不同的途徑來改善重編程過程的各個方面。”
以往的一些研究證實,一些物理和機械力可以影響細胞命運,但對于表觀遺傳狀態和細胞重編程的影響卻并不清楚。
新研究發現,在具有微槽的生物材料上培育細胞可提高重編程過程的質量和一致性,并且和丙戊酸一樣有效。
Downing說:“例如當細胞在全身遷移時,它們會伸長。我們可通過控制物理微環境來控制細胞的伸長,更接近地模擬出在天然生理環境中細胞經歷的事件。在這方面對于細胞來說,這些物理信號要少一些侵襲和人工干預,因此引起意外副作用的可能性更小。”
研究人員現正研究在有凹槽的表面培育細胞是否能最終取代丙戊酸以及重編程過程中其他的化學復合物。
“我們也在研究一些生物物理因素是否能夠幫助將細胞重編程為諸如神經元等特定細胞類型,”研究的共同作者、加州大學生物工程學研究生Jennifer Soto說。
生物體的遺傳信息主要由脫氧核糖核酸(DNA)上腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和鳥嘌呤(G)四種堿基的排列順序所承載和傳遞。DNA堿基突變與表觀遺傳學異常的精準識別,對于腫瘤早篩、遺傳病診斷......
近日,上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院薛婧、王宇團隊與上海交大基礎醫學院唐玉杰,浙江大學王超塵等國內外研究者合作在Gut期刊發表的最新研究成果,就揭示了經由內源性逆轉錄病毒元件(EndogenousRe......
表觀遺傳指的是在不改變DNA序列的情況下,基因表達和生物性狀的可繼承變化。細胞命運決定包括細胞身份的維持和轉換,這就涉及到表觀遺傳信息的繼承性和可塑性,是生命科學領域的重點前沿方向。生命的"......
在《自然》雜志上最新發表的一項研究中,由齋藤通紀領導的日本京都大學人類生物學高級研究所團隊,確定了人類生物學中驅動表觀遺傳重編程和分化機制的重要條件,這標志著人類體外配子生成(IVG)研究中一個新的里......
近日,中國科學院上海營養與健康研究所AndrewE.Teschendorff研究組在《自然-衰老》(NatureAging)上,發表了題為Quantifyingthestochasticcompone......
圖片表示從人類原始生殖細胞樣細胞(綠色)到人類有絲分裂前精原細胞(紅色)的體外分化。科技日報北京5月23日電(記者張夢然)在《自然》雜志上最新發表的一項研究中,由齋藤通紀領導的日本京都大學人類生物學高......
北京大學湯富酬及周鑫共同通訊在CancerDiscovery(IF28)在線發表題為“Single-cellchromatinaccessibilityanalysisrevealstheepigen......
長期以來,人們普遍認為,脫氧核糖核酸(DNA)決定了生物體的全部表型。但問題來了,在相同環境中成長的同卵雙胞胎,身高、膚色、性格、健康狀況等并非完全相同,這是為什么?為了揭開表觀遺傳的“神秘面紗”,科......
RNA表觀遺傳學為基因表達調控提供了一個新的切入點,以RNAm6A甲基化修飾為代表開辟了RNA表觀遺傳的研究新方向。首個m6A去甲基化酶FTO的發現證實了m6A修飾的動態可逆性,成為推動m6A領域發展......
來自芬蘭綜合方法開發與驗證中心(FHAIVEFHAIVE)和坦佩雷大學的科學家們發現了一種與納米粒子暴露有關的新型反應機制,這種機制在不同的物種中是共享的。博士研究員GiusydelGiudice博士......