《Nature》发布重编程重要成果:单细胞谱系追踪

这一新工具有助于促进再生医学,癌症研究

Samantha Morris

来自华盛顿大学圣路易斯医学院的科学家开发了一种新工具,可用作重编程细胞的“飞行数据记录仪(flight data recorder)”。

科学家希望有一天能够从需要肝脏移植的患者身上采集皮肤细胞,引导皮肤细胞重编程为肝细胞,形成新的肝脏。这种细胞跟踪设备能帮助研究人员详细了解原始细胞和最终细胞,以及它们转化的途径。

这一研究成果公布在12月5日的Nature杂志上。

文章作者,Samantha A. Morris博士说,“人们对再生医学很感兴趣,例如,在实验室中培养的组织和器官,可以用于测试新药,未来也许还能用于移植。但我们需要了解重编程过程的工作原理。皮肤细胞转化为心脏细胞的过程是否与转化为肝细胞或脑细胞相同?将一种细胞类型转变为任何细胞类型所需的特殊条件是什么?因此,我们设计这个工具来帮助回答这些问题。“

研究人员表示,新工具可以揭示细胞“重编程”途径,这可能包括将皮肤细胞重编程成不同类型的干细胞,然后可以发育为新的肝脏或其他重要器官。这可以用于许多用途,比如癌症研究记录正常细胞发展成肿瘤的错误转变。

“目前,细胞重编程效率非常低,”Morris说。“当将一种细胞类型,如皮肤细胞,转变为不同的细胞类型,譬如肠细胞,只有约1%的细胞能成功重编程。而我们的技术让我们看到,如果一个细胞在这个过程中很早就开始重新编程的正确途径,它所有相关的细胞及其后代都会行动起来。”

具体来说,这种被称为“CellTags”的技术利用病毒的自然特性,将微小的DNA“条形码”(称为“细胞标签”)插入每个细胞。当细胞分裂时,它们独特的条形码传递给它们所有的后代细胞。在28天细胞重编程窗口期间的几个设定时间点,添加新条形码并分析细胞样本,就可以查看它们在这个途径点处正在做什么。

CellTagging技术可以追踪哪些细胞具有共同的祖先,以及在谱系中找到共同祖先的距离。事实上,除了单次飞行追踪之外,该工具还可以让Morris和她的团队构建复杂的细胞家族树,这样成功重新编程的细胞可以追溯到他们的早期祖先。

Morris的研究表明,在收到重新编程的指令时,细胞所处的状态已经为其是否成功转化奠定了基础。这与一般认为细胞在首次指示重新编程时,可以进入不同方向这一假设相矛盾。

“如果我们能够发现使细胞在重编程中获得成功的初始条件,那么就可以将细胞转化为我们想要的效率更高的细胞,”她说,“我们希望达到100%的效率。这对于再生医学领域来说令人激动。”

研究人员已经确定了一种成分:他们发现如果在细胞中开启某种称为Mettl7a1的基因,那么与该基因无活性的细胞相比,能成功重编程的可能性可以增加三倍。

另一个有趣的发现是,重编程不成功的细胞似乎聚集在同一个死胡同,倾向于恢复到像原始细胞的细胞类型。

目前Morris与华盛顿大学的技术管理办公室合作,为该技术申请专利。

原文标题:

Single-cell mapping of lineage and identity in direct reprogramming

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  • 原文链接:https://kuaibao.qq.com/s/20181206B08COM00?refer=cp_1026
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