科学家们学习如何在重新编程细胞时避免出现障碍

十多年前，Shinya Yamanaka和Kazutoshi Takahashi发现了一项将彻底改变生物医学研究并引发再生医学领域的发现。他们学会了如何将人类成体细胞重新编程为像胚胎干细胞一样的细胞。科学家感到震惊的是，如此复杂的事情可以如此简单地完成，他们有成千上万的问题。

重编程细胞被称为诱导多能干细胞(iPSC)。研究人员可以从患者的血液或皮肤细胞中创建iPSC，并使用这些患者特异性细胞来研究疾病，甚至创建可以作为治疗移植回患者的新组织。

最初，诺贝尔奖获得者和Gladstone高级研究员Yamanaka，医学博士，博士和职员研究调查员Takahashi博士确定了四个基因 - 缩写为O，S，K和M-导致细胞转化为iPSC。已知基因O，S和K有助于细胞变成多能性，这允许它们在体内产生任何其他细胞类型。

然而，基因M(MYC的简称)的作用尚不清楚。他们知道通过添加MYC，他们可以更有效地重新编程细胞10%。但他们不知道为什么。

十二年后，Yamanaka和Takahashi最终确定了MYC在这个重要的重新编程过程中的作用，回答了几个挥之不去的问题。他们的研究结果今天发表在科学杂志Cell Reports上。

他们发现，MYC帮助细胞绕过这个过程中的重大障碍。他们还发现，在某些情况下，MYC实际上不需要成体细胞成功转化为iPSC。

三种发现的力量

为了重新编程细胞，科学家通常将四个基因(O，S，K和MYC)添加到含有成体细胞的培养皿中。这允许细胞开始繁殖，这是干细胞的显着特征。但是三天之后，细胞突然遇到障碍并停止繁殖或增殖。然后，在第7天，细胞再次开始繁殖并继续成为iPSC。

如果研究人员没有将MYC添加到培养皿中，细胞会经历相同的过程，但它们从未克服障碍，因此它们无法成功转化为iPSC。

“我们意识到MYC似乎可以帮助细胞绕过这个障碍，成年细胞需要转变成iPSC，但我们仍然不太了解MYC是如何做到这一点的，”Takahashi解释道。“有趣的是，由于在实验室中独立发生的三项发现，我们能够弄明白，而人们正在研究不同的事情。”

第一个发现帮助他们找到了细胞完成重编程的潜力的早期指标。它还使他们能够轻松识别出现障碍的时间，为后续发现提供宝贵的时间参考。

第二个发现源于一个名为LIN41的蛋白质的单独项目。科学家们发现，如果用重新编程基因混合物中的LIN41取代MYC，这意味着如果他们使用O，S，K和LIN41-他们可以将成体细胞转换成具有相同效率的iPSCs。

“这很奇怪，因为它意味着，与我们认为的相反，MYC不是细胞有效重编程所必需的，”格拉德斯通的科学家，医学博士，该研究的第一作者Tim Rand说。“事实证明，添加LIN41完全避免了阻止细胞转化为iPSC的障碍的发生。”

研究小组发现，当他们使用O，S，K和LIN41的组合时，成体细胞在第三天后不会停止增殖。相反，它们继续繁殖，好像什么也没发生，并成功完成重新编程过程。这是因为LIN41阻断了另一种叫做p21的蛋白质，它会导致出现障碍。

事实证明，第三个发现更令人惊讶。它表明，在特定细胞系中，不需要MYC和LIN41来增强重编程。

科学家们使用不断增殖的肿瘤来源细胞进行了同样的过程。然后，他们删除了LIN41，没有任何反应。他们困惑地试图移除MYC，再一次，没有任何改变。

“这个结果对我来说非常震撼，”兰德说。“鉴于我们当时认为我们对MYC和LIN41了解的一切，我们无法理解这些基因在体细胞重编程中是如此有益，但在肿瘤重编程中绝对无用。最终，当我们意识到它如何适应时，它是它让我们意识到某些细胞类型可以偶然地完成MYC和LIN41在重新编程过程中的作用 - 禁用p21反应。如果我能重温那一天，我会确保这是一个很大的庆祝活动。“

Rand和团队的其他成员意识到没有p21，就没有路障，所以不需要LIN41来避免它。他们还表明，MYC主要是有用的，因为它激活了LIN41。因此，如果没有p21路障，也不需要MYC。

为复杂的过程带来清晰度

通过这些多重发现，格莱斯顿科学家注意到重编程过程涉及许多对癌症生物学重要的基因和蛋白质。事实上，他们认为试图阻止细胞繁殖的障碍与试图阻止癌症扩散的障碍相同。

“当癌症生物学家将某些因素添加到细胞中时，它会驱使它转向癌症，细胞恐慌，为了保护自身，它会停止繁殖，”Takahashi说。“我们认为同样的事情发生在这里，因为细胞对重编程的反应就好像它是癌症一样。并不是因为它们试图阻止细胞转化为iPSC，而是它们之前从未接触过这个过程并且不知道该如何反应。“

这项新研究解释了细胞重编程中涉及的许多重要活动，并揭示了关于MYC在这一过程中的作用的某些主要理论。

“很长一段时间以来，整个领域都在收集有关MYC，LIN41和其他基因和蛋白质的数据而不知道它的大部分内容，”Yamanaka说，他也是iPS细胞研究和应用中心(CiRA)的主任。 )在京都大学和加州大学旧金山分校的教授。“我们的研究最终使我们能够清楚地理解所有数据并解决有关这些元素的作用和重要性的问题。”

通过更清晰地了解手头的重编程过程，再生医学领域现在可以在这些研究结果的基础上回答下一组燃烧问题。