1つの遺伝子のCRISPR活性化は、「成体」細胞を幹細胞に戻しました

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Anonim
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マウス幹細胞

研究者らは、Cas9タンパク質に基づく人工転写活性化因子をそれらに導入することにより、分化した結合組織細胞から人工多能性幹細胞を取得することに成功しました。 「成体」細胞から幹細胞への形質転換には、唯一の「山中因子」であるSox2またはOct4を活性化するのに十分であることが判明しました。この研究は、ジャーナルCell StemCellに掲載されています。

多能性幹細胞は医学において大きな需要があります-ニューロン、心筋細胞、網膜細胞など、さまざまな種類の細胞がそれらから得られ、後で病気の臓器への移植に使用できます。さらに、幹細胞自体も移植に使用されます。たとえば、誘導された幹細胞の移植によって緑内障のマウスが治癒し、脳卒中の影響を受けた人々の脳に幹細胞を注入することで、患者の状態が大幅に改善されることについて話しました。

2012年、日本の科学者である山中伸弥が、分化した細胞を幹細胞に戻す技術、いわゆる人工多能性幹細胞(iPSC)を開発したことで、ノーベル生理学・医学賞を受賞しました。そのためには、従来「山中因子」と呼ばれている転写因子Oct4、Sox2、Klf4、c-Mycの4つのタンパク質を細胞内で発現させる必要があることがわかりました。

米国のGladstoneInstitutesと中国のTsinghuaUniversityの研究者は、改変された不活性タンパク質Cas9(dCas9)に基づくCRISPR活性化システムを使用して、これらの因子の発現を人為的に増加させました。このシステムでは、dCas9はヌクレアーゼ活性を欠いているため編集には使用されませんが、遺伝子発現を制御するためのゲノムの特定の領域へのアクチベーターまたはリプレッサータンパク質の「送達媒体」として使用されます。

科学者たちは彼らの研究で、数年前に開発されたdCas9-SunTag-VP64コンストラクトを人工活性化因子として使用しました。これにより、多くのVP64活性化因子ドメインが遺伝子の調節領域に引き付けられ、選択した遺伝子。

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人工活性剤dCas9-SunTag-VP64の図。タンパク質はガイドRNA(sgRNA)によって目的の遺伝子のプロモーターに引き付けられ、遺伝子の転写を活性化します

まず、研究者らは、マウス胚性線維芽細胞(分化した結合組織細胞)の2つの山中因子と3つの他の幹細胞を同時に活性化するための構築物を使用し、ゲノムリモデリングと幹細胞に特徴的な遺伝子の活性化が細胞内で起こると確信しました。 Oct4、Sox2、Nanog、Esrrb、Nr5a2、およびUtf1を含む遺伝子のパネルの発現の増加は、細胞の多能性状態のマーカーとして機能しました。

さらに、研究者らは因子を一度に1つずつ活性化し始め、dCas9をその調節領域の1つ(S-17プロモーター)に引き付けることによって達成された唯一のSox2遺伝子の高レベルの活性化が誘導を提供することを発見しましたマウス胚性線維芽細胞と線維芽細胞の両方を、成体マウスの皮膚から単離された多能性幹細胞に変換します。このようにして得られた幹細胞は、少なくとも20継代の間それらの特性を保持した。因子Oct4の活性化は、マウス線維芽細胞の幹細胞への変換にもつながりました。このため、dCas9を遺伝子プロモーターだけでなく、遠隔調節領域(エンハンサー)にも向ける必要があることが判明しました。

CRISPR活性化がSox2およびOct4遺伝子の発現を誘導するためにすでに使用されているという事実にもかかわらず、このアプローチを使用して誘導された多能性幹細胞を取得することはまだ可能ではありません。

山中因子を活性化することは、細胞分化を逆転させる唯一の方法ではありません。たとえば、科学者が2つの「化学カクテル」で皮膚細胞を順次処理することにより、皮膚細胞をニューロンに変える方法について話しました。そして私たちの資料では、中国の科学者がどのようにして幹細胞を受精に適した精子に変えたかを読むことができます。

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