斯克里普斯研究所(TSRI)的科學家們發現了一種將普通成體細胞“重編程”成干細胞的新方法。

在一項發表在Nature Biotechnology的在線論文中的研究中，TSRI科學家篩選了一個包含1億個抗體的文庫，發現了幾個可以幫助將成熟的皮膚樣細胞重新編程為干細胞(稱為誘導多能干細胞(IPSCs))。

從更成熟類型的細胞制備IPSCs通常涉及將四種轉錄因子基因插入到那些細胞的DNA中。科學家鑒定的抗體可應用于成熟細胞 - 它們與細胞表面的蛋白質結合 - 作為三種標準轉錄因子基因插入的替代物。

研究作者，TSRI部門副教授Kristin Baldwin說：“這一結果表明，終我們可以制造出IPSCs，而不會在細胞核中放置任何東西，這可能意味著這些干細胞具有更少的突變和整體更好的特性。”神經科學

IPSCs可以由患者自己的細胞制成，并且在個性化細胞療法和器官再生中具有多種潛在用途。然而，IPSCs設想的臨床用途尚未實現，部分原因在于制造它們所涉及的風險。

標準IPSC誘導程序，十年前開發并稱為OSKM，涉及將四種轉錄因子蛋白的基因插入成體細胞：Oct4，Sox2，Klf4和c-Myc。隨著這些基因的添加和活性，它們編碼的轉錄因子蛋白被產生，并進而重新編程細胞成為IPSCs。

該方法的一個問題是病毒插入事件或核重編程因子的過量產生可能以使細胞癌變的方式損傷細胞DNA。另一個原因是這種核重編程通常會產生一系列具有可變特性的IPSCs。“即使我們在實驗室中使用IPSCs來研究疾病，這種可變性也是一個問題，”Baldwin說。

相反，在普通動物發育過程中，細胞特性被來自細胞外部的分子信號改變并誘導基因活性的改變，而沒有任何有風險的DNA插入。為了找到這樣的自然途徑 - 普通細胞可以轉化為IPSCs-Baldwin和她的實驗室與Richard Lerner的TSRI實驗室，Lita Annenberg Hazen免疫化學教授合作。Lerner幫助開發和篩選大型人類抗體庫，以尋找新的抗體藥物和科學探針。

在這種情況下，該團隊，包括研究生Joel W. Blanchard和博士后研究員Jia Xie，他們是主要作者，建立了一個包含大約1億種不同抗體的文庫，并用它來尋找任何可以替代OSKM轉錄因子的抗體。

在初的一組實驗中，研究人員試圖找出可以替代Sox2和c-Myc的抗體。他們建立了大量的小鼠成纖維細胞 - 通常用于在實驗中制造IPSCs - 并插入其他兩種轉錄因子Oct4和Klf4的基因。接下來，他們將巨大的抗體基因庫添加到細胞群中，使得每個細胞終含有一種或多種抗體的基因。

然后，科學家們可以觀察到哪些細胞開始形成干細胞集落 - 表明這些細胞產生的一種抗體已經成功地取代了Sox2和c-Myc的功能并觸發了細胞身份的轉換。對這些細胞的DNA進行測序使研究人員能夠確定負責的抗體。

通過這種方式，TSRI團隊發現了兩種可以替代Sox2和c-Myc的抗體，并且在一組類似的測試中，他們發現了兩種可以替代第三種轉錄因子Oct4的抗體。科學家表明，他們可以簡單地將抗體提供給培養的成纖維細胞，而不是插入這些轉錄因子基因。

在這項初步研究中，科學家們無法找到替代第四種OSKM轉錄因子Klf4功能的抗體。然而，Baldwin預計，通過更廣泛的篩查，她和她的同事終也會找到Klf4的抗體替代品。“我認為那個會花費我們幾年時間來弄明白，”她說。

原則上，抗體篩選方法不僅可以讓科學家找到可以替代OSKM轉錄因子的抗體，而且還可以研究這些抗體起作用的天然信號通路。

在這個原理的證明中，科學家發現其中一個替代Sox2的抗體與細胞膜上的蛋白質Basp1結合。這種結合事件阻斷了Basp1的正常活動，從而消除了WT1的限制，WT1是一種在細胞核中起作用的轉錄因子蛋白。然后釋放WT1，然后改變多個基因的活性，終包括Sox2，以使用與使用原始重編程因子時不同的事件順序來促進干細胞狀態。

WT1(Wilms腫瘤1)在一些癌癥中過量產生并且被認為是致癌基因。這一事實凸顯了此類研究的附加價值：幫助科學家了解癌細胞發育與干細胞狀態之間的關系。

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