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PNAS:中科院动物所周琪研究组合作研究揭示大鼠干细胞多能性调控机制

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摘要 : 2017年10月23日,国际著名学术期刊《美国科学院院刊》在线发表了中国科学院动物研究所周琪研究组的一篇研究论文,研究发现大鼠干细胞多能性调控新规律。

2017年10月23日,国际著名学术期刊《美国科学院院刊》在线发表了中国科学院动物研究所周琪研究组的一篇研究论文,研究发现大鼠干细胞多能性调控新规律。李天达博士、冯桂海博士、以及博士研究生李宇飞和汪妹为本文的共同第一作者,周琪研究员为通讯作者。

胚胎干细胞(ESCs)和诱导多能性干细胞(iPSCs)具有多潜能分化能力,能够分化形成各种类型和功能的细胞,因而在发育生物学研究和再生医学中具有重要的应用价值。通过四倍体补偿实验让ESCs和iPSCs独立发育成健康的个体,是评估细胞多能性的最严格的标准,迄今只有小鼠的ESCs和iPSCs具有这种能力,其它物种的干细胞是否具有最高等级的多能性仍然未知。

本次研究,周琪研究组首次报道了除小鼠之外,大鼠胚胎干细胞也具有通过四倍体补偿实验产生健康个体的能力,证实最高等级的多能性可以在不同物种的干细胞上建立,并发现多能性维持的新规律,为研究干细胞多能性的物种进化差异和调控机制提供了新基础。

研究首先建立了大鼠这一重要模式动物的四倍体补偿技术体系,为干细胞多能性的研究和评估提供了技术平台。进而系统评估了不同来源干细胞在不同代次的发育能力,发现“t2i”培养条件下建立的低代次大鼠ESCs具有很高多能性水平,通过四倍体补偿实验能够发育成健康个体,但是这一能力随着细胞培养传代迅速丧失。进一步研究揭示,随着大鼠ESCs在体外的培养,干细胞的基因组甲基化水平迅速降低,基因组印记被擦除,导致印记丢失从而丧失了其发育能力。相比小鼠ESCs,虽然其也会发生甲基化水平降低和印记丢失,但是去甲基化速率显著慢于大鼠ESCs。这提示虽然干细胞多能性在不同物种的干细胞间是保守的,但是其调控模式可能存在物种特异性。这些研究发现为从不同物种中(包括人在内)建立具有最高多能性的干细胞提供了新思路,也为进一步了解不同物种干细胞多能性的建立和调控提供了重要理论基础。

PNAS:中科院动物所周琪研究组合作研究揭示大鼠干细胞多能性调控机制
大鼠干细胞多能性调控新规律

原文链接:

Rat embryonic stem Cells produce fertile offspring through tetraploid complementation

原文摘要:

Pluripotency of embryonic stem cells (ESCs) can be functionally assessed according to the developmental potency. Tetraploid complementation, through which an entire organism is produced from the pluripotent donor cells, is taken as the most stringent test for pluripotency. It remains unclear whether ESCs of other species besides mice can pass this test. Here we show that the rat ESCs derived under 2i (two small molecule inhibitors) conditions at very early passages are able to produce fertile offspring by tetraploid complementation. However, they lose this capacity rapidly during culture due to a nearly complete loss of genomic imprinting. Our findings support that the naïve ground state pluripotency can be captured in rat ESCs but also point to the species-specific differences in its regulation and maintenance, which have implications for the derivation and application of naïve pluripotent stem cells in other species including human.

doi:10.1073/pnas.1708710114

 

作者:周琪 点击:

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