北大科學家發(fā)Cell頂刊：通過剪接體抑制劑可使小鼠產生全能干細胞

中國健康管理 2021-05-24

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干細胞研究一直是生命科學領域的前沿，與再生醫(yī)學、輔助生殖、癌癥、代謝紊亂和衰老都有著廣泛的聯(lián)系。全能細胞具有最高的發(fā)育潛能，通常指的是哺乳動物體內的受精卵、2-和4-細胞卵裂球。但迄今為止，在分子水平和細胞功能上類似于體內全能卵裂球的全能干細胞的體外捕獲和維持尚無法實現(xiàn)。

剪接體是具有五個核心亞單位和幾個輔因子的大分子核糖核蛋白(RNP)復合物，并且是信使RNA (mRNA)剪接和成熟的動態(tài)分子機器。最近的研究表明，剪接體也可以直接控制轉錄的起始、延伸和終止，突出了它們與剪接無關的功能。但剪接體在干細胞命運轉變和早期胚胎發(fā)育中可能的生理相關性尚不清楚。

近日，北京大學的研究人員在《Cell》雜志上在線發(fā)表了題為“Mouse totipotent stem cells captured and maintained throughspliceosomal repression”的文章，發(fā)現(xiàn)剪接體抑制能夠產生小鼠全能干細胞。

DOI:10.1016/j.cell.2021.04.020

首先，研究團隊通過實驗證實了剪接體是胚胎干細胞命運的關鍵調控者，抑制剪接體可以通過廣泛激活全能基因和沉默多能基因將多能干細胞重新編程為全能狀態(tài)。

這種剪接體抑制劑為普拉地諾內酯B (PlaB)，是一種大環(huán)內酯的天然抗腫瘤類似物，可特異性結合SF3B復合物，抑制剪接體及其功能。使用PlaB后，培養(yǎng)基中小鼠多能干細胞（PSCs）重新編程為全能性狀態(tài)，而且能夠在體外多次傳代中保持具有高染色體穩(wěn)定性和細胞活力的全能性細胞。這些全能細胞在體內具有接近2-和4-細胞卵裂球的獨特轉錄組，研究人員將這些細胞命名為全能卵裂球樣細胞(TBLCs)。

PlaB能夠在體外建立和維持TBLCs

隨后，研究人員測試了這些TBLCs的分子水平和生物學功能。

在分子水平，TBLCs也具有類似于2-和4-細胞卵裂球的表觀基因組。而且多能性/全能性細胞轉化可以通過單一剪接抑制劑PlaB來操縱。在功能上，在嵌合胚胎中TBLCs可以分化為內細胞團（ICM）和滋養(yǎng)外胚層（TE），且在嵌合E6.5-E7.5胚胎中產生了外胚層（EPI）、胚外外胚層（ExE）和胎盤外錐體（EPC）組織。

此外，TBLCs能夠分化成多種胚胎和胚胎外細胞系。這都表明分析TBLCs強大的雙向胚胎和胚胎外發(fā)育潛能，與體內全能卵裂球的分化能力相當。

TBLC具有雙向的胚胎和胚外發(fā)育潛能

最后，研究人員探究了剪接體抑制劑對多能性和全能性基因的直接影響。實驗證實：兩個多能基因的拼接被PlaB處理顯著阻斷，但這兩個全能基因仍然可以有效拼接。這說明在小鼠胚胎干細胞中，動態(tài)剪接體阻遏可直接影響基因轉錄，導致廣泛的剪接抑制，這導致多能基因的轉錄阻遏，但對全能基因的剪接幾乎沒有影響。

實驗機制圖

總之，研究人員探索了小鼠胚胎干細胞中的剪接體抑制驅動了多能性到全能性的狀態(tài)轉變。使用剪接抑制劑PlaB，可以在體外穩(wěn)定培養(yǎng)在分子水平上與2細胞和4細胞卵裂球相當?shù)娜芘咛ジ杉毎?，稱之為全能卵裂球樣細胞(TBLCs)。TBLCs具有產生多種胚胎和胚胎外細胞譜系的強大雙向發(fā)育能力。機制方面，剪接體抑制劑可導致多能基因的廣泛剪接抑制，而包含很少短內含子的全能基因是有效的分裂和轉錄激活的。

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參考資料：

[1]https://www./cell/fulltext/S0092-8674(21)00500-6