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懷特黑德研究所和麻省理工學院科研小組開發(fā)了一種新型遺傳標記物，可以有效提高誘導多能干細胞（iPSCs）恢復(fù)大不成熟的胚胎狀態(tài)的效率，利用這一技術(shù)，人們可以預(yù)測哪些細胞能成功標稱多能干細胞，這篇題為“Single-cell gene expression analyses of cellular reprogramming reveal a stochastic early and hierarchic late phase”論文發(fā)表在Cell雜志上。

幾年前，生物學家們發(fā)現(xiàn)常規(guī)的體細胞可以重新編程成為具備生成所有其他類型細胞能力的多能干細胞。這樣的細胞大有希望用于治療許多的人類疾病。

這些誘導多能干細胞（iPSCs）通常是通過遺傳修飾細胞過表達四種基因使得它們恢復(fù)到不成熟的胚胎狀態(tài)而生成。但這一程序只能在一小部分細胞中起作用。

現(xiàn)在，來自懷特黑德研究所和麻省理工學院的研究人員確定了新的遺傳標記物，有可能幫助使這一過程更有效率，科學家們能夠預(yù)測哪些處理細胞將成功地轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄芨杉毎?/p>

新的研究論文在線發(fā)布在9月13日的《細胞》（Cell）雜志上。根據(jù)研究人員所說，該研究還確定了生成iPSCs的重編程因子新組合。

領(lǐng)導這一研究的是干細胞研究領(lǐng)域的人物Rudolf Jaenisch，Jaenisch是懷特黑德研究所的創(chuàng)始人之一，曾經(jīng)擔任過干細胞學會的主席。其在一系列的領(lǐng)域做出了有影響的工作，包括基因敲除小鼠、表觀遺傳學研究、核移植、iPS等，解決了這些領(lǐng)域幾乎所有的重要問題。論文的另一位主要作者是懷特黑德研究所博士后Yosef Buganim。

“在以往的研究中，你無法檢測表達預(yù)測性多能標記物的少數(shù)細胞。這一研究真正酷的地方在于你能早期檢測兩個或三個表達這些重要基因的細胞，這是以前從未做到過的，”論文的主要作者之一、Jaenisch實驗室的研究生Dina Faddah說。

單細胞分析

2007年，科學家們發(fā)現(xiàn)通過過表達Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4四種基因成體干細胞可以被重新編程。然而在這些基因過表達的細胞群中只有約0.1-1%的細胞轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄芨杉毎?/p>

在新研究中，Jaenisch小組重編程了小鼠胚胎成纖維細胞并在整個過程的幾個時間點檢測了已知或懷疑與多能性有關(guān)的48種基因的表達。這使得他們能夠比較成為以及未成為多能干細胞的細胞以及只有部分重編程的細胞之間的基因表達圖譜。

重編程的過程需要32-94天時間，一旦重編程完成，研究人員便在zui終成為多能干細胞的細胞中檢測了表達的基因。

研究小組在zui終變?yōu)槎嗄芨杉毎募毎写_定了四個很早（在重編程基因傳遞約6天后）就開啟的基因Esrrb, Utf1, Lin28 和Dppa2，它們控制了參與多能性的其他基因的轉(zhuǎn)錄。

研究人員還發(fā)現(xiàn)一些從前提出的多能性標志物在僅部分編程的細胞中處于活性狀態(tài)，表明這些標記物將是無用的。利用新發(fā)現(xiàn)的標志物，“你可以消除并沒有*重編程的所有克隆，你不會想將部分重編程的iPSCs用于患者特異性治療，”Buganim說。

為了非常準確地讀取細胞遺傳圖譜，研究人員利用稱作Fluidigm（相關(guān)網(wǎng)頁鏈接）的微流體系統(tǒng)篩查了基因，然后用可檢測單鏈mRNA的熒光成像技術(shù)證實了他們的結(jié)果。

新研究*次檢測了在細胞轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄軤顟B(tài)過程中單個細胞的遺傳改變。以往的研究是在大群細胞中觀測基因表達改變，而并非所有實際上重編程的細胞，使得難于找出參與這一過程的基因。