Science：一個microRNA分子就能改變胚胎幹細胞命運

1月12日Science上在線報道了來自加州大學伯克利分校的研究人員開發出了對小鼠胚胎幹細胞進行重編程的新方法，該方法能夠使其能夠表現出像受精卵一樣的發育特性。

幹細胞的多能性與受精卵不同

研究者指出，這些全能的幹細胞不僅能夠產生髮育胚胎中所有的細胞類型，還能夠產生一些能促進胚胎和母體之間營養交換的細胞。

這項研究所創造的新幹細胞系將有可能幫助研究人員理解早期胚胎髮育過程中的分子決策，同時也將擴展幹細胞所產生的組織類型的列表，對於再生醫學以及幹細胞治療的開發有重大意義。

一個受精卵擁有完全的發育潛能，其能夠產生所需的所有細胞類型，包括發育中的胚胎以及額外的胚胎組織。相比較而言，很多胚胎幹細胞和誘導多能幹細胞往往會因發育潛能而更受限制，能夠形成胚胎的細胞類型，但卻並不能形成胚外組織。目前，胚胎幹細胞收集自培養三天半的小鼠胚胎和培養五天半的人類胚胎。從收集時起，這些幹細胞的命運似乎就已經決定了是形成胚胎而非胚外組織，不過新的研究卻顯示幹細胞的命運也是可以被調控的。

研究者Lin He教授說：「對胚胎髮育的研究更大程度得益於胚胎幹細胞的培養系統以及最近誘導多能幹細胞的研究發現。這些實驗系統能夠幫助科學家找到胚胎髮育過程中負責特殊細胞命運決策的關鍵分子途徑。但當精子和卵子剛剛結合形成受精卵後的獨特發育潛能是非常難研究的，這往往是因為缺少研究材料以及細胞培養實驗系統。」

他的新研究不僅揭示了調節全能幹細胞狀態的新分子機制，同時也為進一步研究幹細胞的全能性提供了一種強大的細胞培養系統。

一個小RNA就能讓胚胎幹細胞多能性擴展

MicroRNAs是一類小型的非編碼RNA分子，其能夠調節基因表達。科學家們已經發現有一些microRNAs是未分化或已分化的胚胎幹細胞所特有的，這些microRNAs在動植物體內調控幹細胞的特性，對於幹細胞的自我更新或維持未分化的狀態具有重要的意義。不過這些研究集中在促進幹細胞定向分化上面，並未設想居然可以有一個microRNAs分子，能將幹細胞的多能性返回至受精卵的狀態。

在這項新的研究中研究人員發現，名為miR-34a的microRNAs分子似乎能夠作為一種「制動器」，來防止胚胎幹細胞和誘導多能幹細胞產生胚外組織，當miR-34a被刪除後，上述兩種細胞都能夠擴展它們的發育決策來產生胚胎細胞類型、胎盤以及卵黃囊。研究人員發現，大約20%缺失miR-34a的胚胎幹細胞能夠表現出擴展性的潛在命運，此外，這種效應可以在細胞培養液中維持長達一個月。

He教授表示讓他們非常驚奇的是：僅僅操控單一的microRNAs就能夠大大擴展胚胎幹細胞的細胞命運決策。這一發現不僅鑒別出了一種能夠調節全能性幹細胞的新型機制，還揭示了非編碼RNAs在幹細胞命運中的重要性。

此外，這項研究中，研究人員還發現了miR-34a分子和小鼠機體中一類逆轉錄轉座子之間一個意想不到的聯繫。逆轉錄轉座子被認為是「垃圾DNA」，很多年來生物學家們推測這類轉座子在機體正常發育期間似乎並沒有用處。但本文研究中研究者發現逆轉錄轉座子似乎和早期胚胎的決策制定之間也存在著密切的關聯。

最後研究者之一Todd MacFanlan說：「」目前需要面對的一個重要的問題就是這些逆轉錄轉座子是否能夠作為幹細胞發育決策制定的真正驅動因子。」

參考資料

Deficiency of microRNA miR-34a expands cell fate potential in pluripotent stem cells

Scientists reprogram embryonic stem cells to expand their potential cell fates

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