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日本发现iPS细胞对受损DNA的修复保护机制
作者:小编 时间:2019-12-06 10:26:07

iPS细胞,英文全称为Induced pluripotent stem cells,中文全称是诱导性多能干细胞,是由体细胞诱导而成的干细胞,具有和胚胎干细胞类似的发育多潜能性。详细解释就是向皮肤组织等细胞中导入特定基因或是特定基因产物(蛋白质),使该体细胞变成为具备如同胚胎干细胞般,具有分化成各式细胞之多功能分化能力,并且可以持续增生分裂。


2006年7月,日本科学家山中伸弥首次宣布发现了将小鼠皮肤细胞转化为多能干细胞的方法,随后世界各地不同科学家陆续发现其它方法同样也可以制造这种细胞。iPS细胞在生物和医学领域具有广阔的应用前景,有望成为实施再生医学和细胞治疗的重要细胞来源。先前我们就介绍过很多日本ips细胞相关的研究,今天再来给大家介绍一个日本的重要发现。


最新消息


东京工业大学科学技术创成研究院核能先进研究所的岛田干男助教和松本义久副教授组成的研究团队,利用源自人类皮肤的成纤维细胞培育出了iPS细胞,并且探明了iPS细胞应对辐射的有关基因表达变化。


研究背景


生物细胞基因组DNA经常因紫外线和放射线等来自细胞外的刺激而受损。DNA损伤会诱发基因突变和细胞癌变,必须立即进行修复。因此细胞都具备一套DNA修复机制来保护DNA。


而iPS细胞具备分化成各种细胞的能力,在器官再生和疾病治疗等临床应用领域备受期待。一般来说,细胞发生癌变的原因在于DNA“受损”。这种损伤通常会通过DNA修复机制修复,可是此前科学家们一直没有查明iPS细胞的DNA修复控制机制。因此,研究团队想弄清楚iPS细胞的DNA修复机制等保护DNA稳定的分子原理。


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左图为源自人类皮肤的成纤维细胞,中间为在胎鼠的成纤维细胞上培养iPS细胞时,右图为仅培养iPS细胞时。


研究成果


研究团队利用人类成纤维细胞制备了iPS细胞,并解析了其与基因组稳定性相关的多基因表达。另外,还利用iPS细胞培育出神经干细胞,同时还分析了皮肤成纤维细胞→iPS细胞→神经干细胞的分化路径中基因表达有什么样的变化。


首先,研究团队用5Gy的γ射线进行细胞照射1小时,然后提取其RNA,用二代测序仪比较它们的基因表达情况。结果显示,从成纤维细胞变回iPS细胞的初始化过程中,负责维持DNA修复和细胞周期检查等保证遗传基因稳定的分子表达量增加。


另外,还增加了很多与细胞凋亡有关的基因表达。由此可见,发生一定程度DNA损伤的细胞会因为细胞死亡被主动清除。CDKN1A基因会产生一种名为p21的蛋白质,而在iPS细胞中p21的表达量大幅下降。P21在DNA受损时会暂停细胞分裂,以保证DNA修复需要的时间。P21的表达量大幅减少意味着不会停止细胞分裂。也就是说,对于那些无需中止细胞分裂周期也可以修复的损伤来说,立即就会自动修复;而如果是超过一定阈值的损伤,就会通过细胞死亡直接放弃修复。


另外研究还确认,不论有无辐射也会有基因表达增加的现象,但这些倾向并非iPS细胞特有的


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图2:iPS细胞的基因组稳定性相关基因的表达变化


iPS细胞作为一种多能干细胞,可以分化成各种器官。作为基因蓝图的基因组DNA必须要保持稳定。此次的研究成果表明iPS细胞可以通过控制基因表达来维持基因组DNA稳定性的保护机制,如果判断为无法维持DNA稳定性时,就会马上通过细胞凋亡消除受损细胞。


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图3 研究结果:iPS细胞初始化后,通过增加与基因组稳定性有关的基因表达来维持基因组的稳定性


此次研究小组通过全面解析iPS细胞的基因表达,明确了人类保护身体免受辐射和紫外线侵害的基因调节机制。今后也有望通过分子生物学方法查清各基因的功能,从而为再生医疗和辐射防护的发展做贡献。


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秋元 哲夫 部长/教授
粒子线医学开发领域长
东医院 副院长(教育担当)<
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