研究人员利用CRISPR将皮肤细胞转变为多能干细胞

近日,来自芬兰、瑞士、英国的一个研究小组在《自然-通讯》上发表文章,首次通过激活细胞自身的基因,成功将皮肤细胞转化为多能干细胞。据报道,该研究小组使用了一类CRISPRa基因编辑技术,该技术不切割DNA,可以在不改变基因组的情况下激活基因表达。到目前为止,只有通过向皮肤细胞内人工引入一组名为Yamanaka因子的关键基因,才有可能激活细胞重编程,实现皮肤细胞向干细胞转化。

这篇文章的题目为:Human Pluripotent Reprogramming with CRISPR Activators(用CRISPR激活剂进行人类多能性重编程)。

在文章中,研究人员写道:基于CRISPR-Cas9的基因激活(CRISPRa)是一种很有吸引力的细胞重编程应用工具,因为它具有高复用容量和直接靶向内源性基因座的能力。在该项研究中,我们利用CRISPRa靶向内源性的OCT4、SOX2、KLF4、MYC和LIN28A的启动子,将原代皮肤细胞诱导成了多能干细胞(ipsCs)。通过额外地靶向涉及胚胎基因组激活的基因附近的一个保守Alu基序(EEA-motif),重编程效率可以提高一个数量级。这种效应在某种程度上是通过NANOG和REX1的更有效激活来介导的。

这些数据表明,人类体细胞可以仅使用CRISPRa技术被重新编程为ipsCs。此外,这些结果揭示了EEA(EGA富集的Alu基序)基序相关机制在细胞重编程中的作用。

图.CRISPRa介导的NSCs重编程和EEA基序靶向 a、dCas9VPH结构示意图.b、采用dCas9VPH介导的OCT4激活将NSC重编程为iPSCs。c、多能性标志物的检测及胚状体的三系分化。d、用SpdCas9 gRNAs靶向EGA富集Alu基序。e、定量检测由NSCs诱导的iPSC样碱性磷酸酶阳性克隆。

赫尔辛基大学Timo Otonkoski博士表示,CRISPR/Cas9可用于激活基因,这为细胞重编程带来了一个很有吸引力的可能性,因为可以在同一时间靶向多个目标基因。基于内源性基因激活而不是通过转基因过表达的重编程在理论上也是控制细胞命运的更具生理性的方式,并可能获得更多的正常细胞。在这项研究中,我们展示了有可能设计一个CRISPR激活系统,进行强大的ipsCs重编程。

研究人员表示,实现成功的一把重要钥匙是激活一个关键的遗传元件,该元件被发现在受精后调节人类胚胎发育的最早期步骤。利用这一技术,研究人员获得了与非常典型的早期胚胎细胞非常相似的多能干细胞。

该研究还发现,通过选址意向靶细胞类型的典型遗传元件,可能能够改善许多其他重编程任务。该研究的第一作者Jere Weltner博士表示,这项技术可能在生物样本库及许多其他组织技术应用方面得到实际应用。此外,该研究也揭示了控制早期胚胎基因激活相关机制的新见解。