SCI 干细胞国际 1687 - 9678 1687 - 966 x Hindawi出版公司 10.1155 / 2016/8415010 8415010 评论文章 诱导多能干细胞:一代战略和表观遗传重编程背后的神秘 霁 Pengfei 1 Manupipatpong Sasicha 2 谢 尼娜 2、3 3 李 茎的 2 Lasagni 劳拉 1 遗传与发育生物学研究所 中国科学院 北京100101年 中国 cas.cn 2 美国人类遗传学 埃默里大学医学院的 迈克尔街615号 亚特兰大 GA 30322 美国 emory.edu 3 神经学部门 长沙市湘雅医院 中南大学 长沙 湖南410008年 中国 csu.edu.cn 2016年 5 1 2016年 2016年 01 10 2015年 03 11 2015年 11 11 2015年 2016年 版权©2016 Pengfei et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

具有自我更新的能力不减,可能分化成不同类型的细胞,干细胞,尤其是胚胎干细胞(ESC),他们的发现以来吸引了大量的关注。ESC研究发挥了重要作用在发展中我们对繁殖机制的理解,发展,和细胞分化(de),重大努力了近几十年来在ESC的生物医学研究。然而,这样的ESC研究一直受到周围的伦理问题和技术挑战,因此极大地抑制ESC的潜在应用基本的生物医学研究和临床医学。诱导多能干细胞(万能),重组产生的体细胞,有着类似的特征包括但不限于ESC的形态和生长,自我更新,和潜在的分化成不同的细胞类型。iPSC的发现,不受上述ESC的局限性,介绍了一种可行的替代ESC。更重要的是,iPSC的应用在神经退行性疾病等疾病模型的开发大大增强我们对这些疾病的发病机制的理解,也便于临床治疗策略的发展使用iPSC患者体细胞产生避免免疫排斥反应。在这次审查中,我们突出的进步则生成方法以及他们的重组背后的机制。我们也讨论未来发展的视角iPSC代方法具有更高的效率和安全性。

 1。介绍

由于其多能性特点,干细胞有能力推出背后的秘密复制、再生,和(de)分化,呈现茎细胞,胚胎干细胞(ESC)研究必不可少的基本了解生物医学的发展机制和临床治疗策略的发现 1]。然而,干细胞研究的伦理争议,而遭受到挫折资源限制,技术壁垒,阻碍其再生医学和生物医学研究和临床应用治疗。为了克服这些限制,生物相似的替代品,可以绕过围绕干细胞的伦理问题是至关重要的。重大的努力导致代诱导多能干细胞,在生物医学研究中一个重要的进步。特别,iPSC已经申请开发疾病模型神经退行性疾病,大大提高我们对这些疾病的发病机制的理解,以及允许临床治疗策略的发展使用iPSC从病人的体细胞。因此,在神经退行性疾病模型研究进展综述( 2- - - - - - 5]。

iPSC最初产生的重新激活核重组因子逆转分化细胞重编程状态( 6- - - - - - 8),保持自我更新的能力和潜在的分化成不同的细胞类型。iPSC的ESCs一样,可以分化成几乎所有的细胞类型生物的起源,揭示细胞治疗和再生医学上特定的iPSC可以应用为了再生组织或器官被伤害,退化性疾病,老化,或癌症,同时避免宿主的免疫系统排斥。这种方法无疑是干细胞研究的一个里程碑,在iPSC一直并将继续是ESCs的主要替代品或甚至超越的能力作为一个工具来发现分化背后的秘密。

尽管越来越多的组织之后做出了重大努力的一代iPSC来自各种体细胞的数量,可用的信息全基因组表观遗传改变体细胞必须经过完全重新编程仍然有限。此外,一些担心当前的程序,特别是临床应用所需的足够的效率和特异性,依然存在。因此,更好地了解下游事件沉默掌握重组因子激活后能提供必要的信息来帮助发展的特定的iPSC行以更快、更安全的方式。综述,最新进展在iPSC生成策略和基础重组突出显示的详细机制,和未来的角度进行了讨论。

 2。技术进步在iPSC的一代

除了效率和特异性担忧关于iPSC代方法,有基于病毒重组的担忧,因为它可能不必要的向量碎片融入iPSC基因组,考虑到山中因素如Oct4、Sox2, Myc和Klf4 (OSMK)引入到成纤维细胞与病毒的帮助。这将影响派生iPSC的临床应用,因为它引入了负面影响的可能性iPSC的生物属性,增加恶性转化的可能性。事实上,最近的研究显示,复活的病毒基因整合到宿主基因组中分化重组的iPSC导致肿瘤发生[ 9]。为了克服传统方法带来的缺陷,一直努力解决效率和安全问题如下所述。

2.1。表观遗传操作

解决效率低的问题,化学以及表观遗传的方法被采纳,目的是加强iPSC发电效率( 10- - - - - - 12]。表观遗传规则驱动的重新编程组蛋白甲基化和乙酰化水平。一些组蛋白甲基转移酶已经承认扮演重要的角色在通过甲基化重组效率的抑制,这是合乎逻辑的推测压迫组蛋白甲基转移酶的表达或抑制其活动会提高编程效率。事实上,shRNA-based击倒H3K9的组蛋白甲基转移酶DOT1L,导致重大的海拔NANOG重组和LIN28水平处于初级阶段,极大地促进了代iPSC殖民地即使没有KLF4和原癌基因的过度表达( 13]。相关的机制是DOT1L repression-mediated亏损H3K9me2基因在上皮间充质转变(满足)。因此,独立研究表明,过度的demethylase Kdm4b,加上缺乏H3K9甲基转移酶Ehmt1, Ehmt2 Setdb1,或异染色质蛋白1 γ(Cbx3)蛋白质识别H3K9甲基化,可以显著促进重组( 14, 15]。

矛盾的是,JMJD3,组蛋白H3K27 demethylase [ 16)将提高编程效率,而不是压制重组( 17通过两个潜在通路)。第一个是demethylase依赖;通过增加脱甲基的H3K27me3 Ink4a / Arf基因座,JMJD3提升表达水平( 18]。这也证明了这一点的重要性这一事实击倒或删除Ink4a / Arf大大提高编程效率。第二个潜在通路是demethylase-independent PHF20退化和泛素化,这是需要重新编程( 17, 19]。

变化影响乙酰化之间的动态平衡和脱乙酰作用也会影响重组,是证明核小体的几个核心成员的影响重构和脱乙酰作用(讨厌的人)抑制因子复合物在重编程效率。作为核心组件在Methyl-CpG绑定域蛋白3 (Mbd3)卑微的人抑制因子复合物,Mbd3可以与核心交互重组因子(OSKM)和直接与Mbd3组装/讨厌的人来招募下游OSKM目标基因阻遏复杂。预期,Mbd3损耗是能够显著提高人类和小鼠成纤维细胞的重编程效率接近100%(七天内 20.),唯一的问题是质量Mbd3的诱导细胞则没有。它已经承认,蛋白激酶信号转导作出重大贡献在真核细胞 21),这表明他们的潜在作用调节体细胞重编程。为此,kinome-wide RNAi-based筛查已经完成识别特定的蛋白激酶调节重编程效率( 22]。59岁的激酶作为潜在的障碍重组,丝氨酸/苏氨酸激酶TESK1和LIMK2进一步测试,以确定他们的角色在遇到小鼠胚胎成纤维细胞(MEF)重组。此外,TESK1缺乏人类成纤维细胞可以显著提高重组效率( 22]。

 2.2。微操作

微rna已经承认函数作为基本监管机构几乎所有的代谢途径的基因表达,暗示他们潜在的参与监管核重编程(图 3),并提供洞察意味着提高编程效率的microrna的表达水平的改变。某些微,如miR29b,直接目标信使rna编码几个酶负责甲基化的胞嘧啶(C)和脱甲基5-methylcytosine (5-mC),由5-hydroxymethylcytosine (5-hmC) [ 23]。5-mC平衡和5-hmC已基本上与体细胞重编程( 24),这表明在这方面miR-29b的监管职能。mir - 290 - 295集群,2.2 kb地区7号染色体上( 25),构成整个microrna的人口超过70%的老鼠ESCs ESCs和最丰富的microrna的家庭,一直被认为是重要的监管机构ESC-specific细胞周期。在集群中的microrna的成员如mir - 291 - 3 - p, mir - 294,和mir - 295有能力增强Klf4, Oct4、和Sox2-mediated重编程效率,尽管他们无法进一步促进多能性的效率cMyc的存在。进一步的研究表明,microrna的下游效应器cMyc [ 26]。更激动人心的是,过度的miR302/367集群就可以增强老鼠和人类体细胞重编程的iPSC状态更加迅速和有效的内源性超表达的转录因子Oct4大师/ Sox2 Klf4 / Myc。老鼠和人类体细胞产生的细胞则通过过度miR302/367显示类似的特征从传统的重组因子,从畸胎瘤形成多能性标记 27]。越来越多的microrna的监管重组已经确定,例如,三个microrna的集群,mir - 17 ~ 92, mir - 106 b ~ 25,和mir - 106 ~ 363,能够显著提高感应效率在早期重组阶段。此外,mir - 93和mir - 106 b股非常相似的种子区域和极大地促进iPSC感应,导致上皮间充质转变(遇到)重组的起始阶段。更有趣的是这些miRNA-mediated iPSC克隆的能力达到一个完全重新编程状态。进一步研究表明,重组增强剂的microrna的功能针对p21和TGF - β受体二世,被事实证明基于核的击倒目标显著增加iPSC感应效率。microrna的另一个机制,增强监管的基础重编程效率细胞cycle-related基因( 28, 29日]。

 2.3。激活重组的核心因素

虽然原生形式的核心因素已被广泛用于iPSC的一代,他们的相对较低的transactivation对体细胞重编程(活动仍然是一个障碍 30.]。最近的研究表明,改性OCT4、SOX2, NANOG提供了一种新的方法来克服这些障碍( 30., 31日]。yes-associated蛋白质(笨蛋)已被证明是一个转录共激活剂与有力transactivation域(少量)c端地区;异位表达YAP促进细胞生长和诱导肿瘤形成的 19, 32]。此外,YAP发挥了至关重要的作用在维护干细胞多能性( 33]。

加强iPSC生成效率,Oct4、Sox2, Nanog, Klf4 (OSNK)重组因子等工程,YAP transactivation域的融合因素贴上OySyNyK定义。的效率OySyNyK-induced iPSC代是极大地提高了由于这些修改(约100倍的效率相对于野生型OSNK-induced万能)。此外,重组的起始OySyNyK更快,通常在24小时内发生。理解这个增强的重编程机制,执行一个表观遗传研究,结果表明,设计的重组因子的表达水平显著增加一个成员,即Tet1,一千零一十一易位的蛋白质(Tet2建立,Tet1, Tet3在哺乳动物细胞的基因组)在早期重组阶段,也产生显著增加5-hydroxymethylcytosine (5-hmC)水平,共同表明工程重组因子和建立监管合作5-hmC介导表观遗传控制体细胞重编程的 12]。

 2.4。消除不必要的病毒载体的万能

集成的向量在iPSC基因组片段可以影响细胞则在治疗的临床应用。因此,提高病毒和integration-free替代方法来消除与万能干细胞相关的安全问题目前已经成为目标自iPSC发展的早期阶段。

2.4.1。完全删除病毒载体的细胞重新编程

最初的方法去除不必要的病毒载体的结合是一个慢病毒载体与Cre特许权重组向量两侧loxP网站使用瞬变Cre-recombinase表示。虽然很大一部分的慢病毒载体在loxP网站可以删除,向量的一小部分DNA loxP外部的网站很可能仍然是集成。此外,这种策略操作困难和费时。

在另一个试图纠正这个问题的病毒载体整合,PiggyBac (PB)转座子系统已被用于有效地构建窝藏核心因子基因融入TTAA网站在目标基因。插入PiggyBac向量可以由PB转座酶切除footprint-free删除( 34- - - - - - 36]。

 2.4.2。病毒的方法

病毒的方法也被开发出来,如利用游离和minicircle向量( 37, 38],[运载体 39向量[],和仙台 40- - - - - - 42],这些特殊的病毒载体已经被证明是提高编程效率没有病毒成分引入iPSC基因组。游离DNA向量与小分子大小自由细菌质粒DNA的骨干,minicircles为圆形设计表达式磁带通过显著提高转染效率和提供的周表达式而不是只有几天授予标准质粒向量。因为细菌质粒骨干港内的序列甲基化和转基因沉默的信号,基于minicircles转染可以克服传统赋予的短时间内表达瞬时转染质粒。

与其他病毒载体如慢病毒载体相比,腺病毒载体具有许多优点,如赋予非常有效的核条目和低致病性对于人类来说,基因转导大超过30 kb,避免整合到宿主细胞基因组中,针对细胞特异性,并维护长期转基因的表达。因此,腺病毒载体开发广泛流行的基因运载工具的传导对于不同的细胞类型,尤其是对静止和分化细胞的基本的生物医学研究,临床应用,如基因疗法和疫苗开发等工业应用。

不同于迄今为止的所有常规DNA载体被广泛应用,仙台病毒(塞)矢量是细胞质RNA RNA基因组,材料化学不同于病人的基因组DNA。因此,自签订向量复制它的基因组只在细胞质中,而不是进入细胞核,它克服了基本风险宿主细胞染色体改变引起的DNA载体整合到染色体或基因重组。此外,塞夫向量可以生产大量蛋白质的宿主细胞。鉴于很多优势传统的DNA载体,已成功应用于临床治疗签订以及基础生物研究包括iPSC的一代。

绝对排除病毒载体,电穿孔的构造nucleofection成体细胞也已成为另一种( 43]。

 2.4.3。Integration-Free方法:修改mRNA的策略

这种策略是基于工程管理的核心重组因子mRNA编码(ONSMK)为了避免先天抗病毒反应和已被证明是更有效的比先前建立的协议在人类成纤维细胞重编程生成RNA-induced多能干细胞(RiPSCs) [ 44]。除了成纤维细胞,这种技术也被应用于iPSC代从骨骨髓来源间充质基质细胞(BM-MSCs)。然而,尽管这种策略有优势,它可以避免涉及转基因、低效率仍然是一个大问题。

 2.4.4。DNA / RNA-Free策略

除了方法利用工程mRNA(部分 2.4.3节中描述)和小分子 2.4,integration-free策略,如体细胞的治疗与蛋白质纯化重组核心因素,显著提高重组效率( 45, 46]。

 2.5。化学方法提高编程效率

从理论上讲,任何分子目标核心酶表观遗传改变甲基化/脱甲基作用的动态平衡可能是潜在的候选人为增强或抑制体细胞重编程效率(图 3)。正如所料,几个小分子已确定函数作为组蛋白demethylases的抑制剂,如bix - 01294, RG108, parnate 5-azacytidine或3组蛋白脱乙酰酶抑制剂(suberoylanilide异羟肟酸,trichostatin,和丙戊酸)。这些化合物提高重组效率单独或与某些核心的转导合作重组因子通过减少H3K9mono-Me的甲基化水平,H3K9di-Me或L-calcium通道激动剂Bayk8644 [ 47- - - - - - 54]。特别是,不完整的表观遗传重编程归因于表观遗传的记忆细胞类型特异的基因可能导致原始ESCs的万能和微妙的区别,甚至在iPSC克隆( 55- - - - - - 61年),导致低质量则与有限的临床应用。为了提升iPSC质量,表观遗传记忆必须很大程度上抹去,5-azacytidine和trichostatin可以有效地充当橡皮擦( 58]。然而,可能的脱靶效应可能降低iPSC治疗的可行性与表观遗传记忆橡皮擦。

,最近的研究表明,小分子的功能改变甲基化之间的动态平衡和demethylation-either单独或collaboratively-could显著提高了重组,并在很大程度上消除表观遗传记忆保留在万能干细胞特异性基因,导致大量改进质量的重新编程细胞则( 58, 60, 61年]。基于小分子重组的优势是没有基因工程是必要的,避免不必要的病毒载体序列的集成以及转基因造成的副作用。

然而,其缺点是不容忽视的,其中一个是万能的脱靶效应可能影响质量生成。

总之,方法开发去除不必要的病毒载体序列或排除使用病毒在传染和集成——或者完全transgene-free方法。然而,尽管integration-free方法的可能性,这些策略仍然共享相同的缺点,其中一个是极低的重编程效率相对于慢病毒vector-mediated策略。还有一个问题需要注意的比较重编程效率通过修改mRNA和病毒载体介导的策略如慢病毒载体。虽然修改mRNA赋予较低的诱导效率相对于病毒载体,这种策略所产生的正常iPSC的比例高于的慢病毒载体由于免疫反应以及其他不利因素,如基因组不稳定和染色体变异引起的病毒载体融入iPSC的染色体。

 2.6。自动化,高通量推导、表征和万能干细胞的分化

为大规模生产和进一步分化成特殊组织的细胞则在再生医学用于治疗目的,建立了一个自动平台从成纤维细胞细胞制备( 62年]。由于这种策略是一个机器人平台结合细胞隔离许多相关协议,文化、分布、诱导重编程和修改mRNA交付,万能干细胞和分化,采用人工干预非常有限。这是证明,使用该平台高质量和稳定两线间变异可以诱导的细胞则低于通过传统的生成策略。尽管这个组合自动平台将大大有助于iPSC-based再生医学从长远来看,高要求对必要的设备目前阻碍其应用。

 3所示。在体细胞重编程机制 3.1。表观遗传调控在染色质水平

并不是所有的细胞,多能获得核心重组因子的表达,尽管他们可能会自我更新,因为他们中的一些人被困在一个部分基因重组(状态 47, 48, 63年]。理解障碍重组,表观遗传鉴定进行了确定水平的组蛋白和DNA修饰部分重新编程细胞,完全重新编程细胞,ESCs,体细胞开始。表观遗传标记被认为是改变了全基因组,导致核心多能性基因的活化和大规模5-mC脱甲基作用[ 49]。当体细胞治疗hdac抑制剂,DNMTs, G9a的甲基转移酶,重组效率显著提高( 47, 64年- - - - - - 66年),这表明表观遗传修饰的重编程的监管作用。事实上,许多表观遗传的监管机构直接被重组因子刺激下游多能性基因的表达在iPSC代,和染色质remodelers作为表观遗传之间的interactome监管机构的关键部件,核心因素,多能性基因。一些调节器,如Smarca4 /缺失和Smarcc1 / BAF155, ESC-specific的BAF (esBAF)组件,INO80, Wdr5, Mbd3,身体接触或可以被部分或全部OSKM主因素,加强这些大师重组因子启动子的绑定,从而增加H3K4me3 activation-associated标记和H3K9乙酰化作用(H3K9ac)在目标基因,或RNA聚合酶II的招聘,促进他们的目标基因的表达( 67年- - - - - - 75年]。

修改组蛋白和基因组DNA已经基本上与主转录factor-mediated重组的规定。在组蛋白水平,负责甲基化的酶之间的平衡和那些负责脱甲基,如甲基转移酶和demethylases,决定了全球重组期间H3K9me3水平。基因组区域被H3K9me3占领,异色的组蛋白标记,已确定有效防止主转录因子的结合在人类和小鼠成纤维细胞,重组期间作为主要的障碍( 76年- - - - - - 78年]。

因此,Cbx3,读者H3K9me3, H3K9甲基转移酶(Ehmt1和Ehmt2)已发现在老鼠的ESCs Nanog蛋白复合物,这表明Nanog autorepression机制是由这些读者的招聘和Nanog甲基转移酶的细胞留在nonreprogramming状态( 78年- - - - - - 80年]。

 3.2。表观遗传调控在基因组DNA的水平

基因组DNA水平的情况相似,在染色质水平DNA甲基化和脱甲基作用之间的平衡决定了体细胞的动态状况,主要对重组或剩余的分化。同样,这种平衡也由DNA甲基转移酶和demethylases监管。基因的启动子区域的脱甲基作用赋予多能性已经成为表观基因体细胞重编程的先决条件( 81年)和最有可能发生在posthistone修改( 82年]。

越来越多的证据可以有助于了解被动和主动的DNA脱甲基作用的机制。然而,这两种机制并不同样有助于脱甲基的动态调节。被动机制呈现自动和甲基化在细胞周期可能逐渐丧失。相比之下,一些酶被认为是参与活动的脱甲基作用机制,包括activation-induced胞嘧啶核苷脱氨酶(援助) 83年,春节 84年),胸腺嘧啶DNA糖基化酶(隔离) 12, 24, 85年- - - - - - 87年]。援助负责脱氨基作用5-mC胸腺嘧啶,导致胞嘧啶交换和脱甲基,因此让DNA修复途径。然而,AID-mediated主动脱甲基核重编程的贡献仍然有争议的由于不一致的实验结果 83年, 88年, 89年]。

可能最重要的机制活跃DNA脱甲基的转换是在诱导多能性methylcytosine (5-mC) 5-hydroxymethylcytosine (5-hmC)催化春节家庭(TET2 TET1, TET3哺乳动物)。一旦生成,5-hmC不得不面对一些命运,要么被直接转化为胞嘧啶(C)通过顺序机制涉及基本切除修复通路或成为5-fC和5-caC最终转化为常规的胞嘧啶( 90年)(图 1)。

基地在DNA甲基化水平。是甲基化胞嘧啶(C) methylcytosine (5-mC)甲基转移酶(DNMTs)和5-mC氧化或羟化一千零一十一易位蛋白质(建立)5-hydroxymethylcytosine (5-hmC)。和5-hmC被认为是中介的脱甲基5-mC通过连续步骤:C 5-mC是通过建立进一步氧化生成5-formal C (5-fC)和5-carboxy-C (5-caC),最后5-fC和5-caC由胸苷转化为普通C催化DNA糖基化酶(隔离)。马的甲基化腺苷在6位置(6)一直还在哺乳动物的基因组中发现, 衣藻, 果蝇, c .优雅细胞。建立或春节类似物负责马6的一代。

Tet1和Tet2已经被证明能促进细胞重编程( 84年, 91年]。理解,TET1 TET2扮演的角色在体细胞重编程,coimmunoprecipitation (Co-IP)和染色质免疫沉淀反应(芯片)使用抗体反对建立和掌握重组因子进行了。结果表明,TET1和TET2身体与NANOG交互,SOX2,和OCT4蛋白质水平,掌握重组因子如NANOG SOX2, OCT4招募TET1和TET2关键目标基因氧化5-mC 5-hmC然后胞嘧啶直接或间接( 12, 84年, 85年]。

尽管击倒所有三个春节ESCs基因似乎赋予ESCs正常的自我更新和多潜能,删除Tet1略微提高编程效率( 92年)和Tet3不足影响很小,相比之下,失活的Tet2重组减少了70%。虽然Tet1和Tet2的双基因敲除或Tet1 Tet3仍然没有明显影响重组效率显著的殖民地与积极的美联社和SSEA1,不足三个春节基因完全废除了重组mef的潜力。进一步研究表明,删除Tet2 Tet1和Tet3双淘汰赛(DKO)或缺乏Tet3 Tet1和Tet2双KO mef完全抑制了重组,这表明重组缺乏TKO mef不能归因于内在基因或外遗传性病变可能出现的本构春节删除。完全这表明春节酶发挥重要作用的关键factors-driven体细胞重编程。

完全废除的重组春节TKO mef与未能进行间充质上皮过渡期间遇到了( 92年]。由于要素驱动的多步过程重组是由满足( 93年, 94年],任何事件影响了流程重组将是至关重要的。事实上,春节TKO mef没有迹象显示epithelium-like形态转变,与野生型相比,个人,或双基因敲除的春节。mef显示相当满足,TKO mef明显表现出了缺陷。遇到进程TKO mef可能获救的异位表达活性催化域的建立,但不是完整的建立的活动形式,暗示春节可能epigenetically函数作为5-hmC会见过程中脱甲基作用介导的。

应用Tet-assisted重亚硫酸盐测序策略的5-mC和5-hmC可以互相区别 95年),发现在早期阶段的重组5-hmC水平5′地区的microrna的发起人如mir - 200年代在WT mef达到高的比例,和惊人的5-hmC水平显著下降在春节KO特别是Tet2 KO甚至完全废除TKO mef ( 89年]。综上所述,这些表明,受损的氧化脱甲基的microrna基因Tet-deficient mef导致失活等microrna mir - 200年代,mir - 200 a, mir - 200 b, mir - 200 c, mir - 141, mir - 429极度参与癌症转移和实验细胞重新编程。5-hmC和进一步的证据表明,逆相关性和5-mC启动子的基因与细胞粘附相关,这表明基因参与了作为目标Tet-catalyzed羟基化在早期阶段的重编程( 92年]。

更有趣的是,尽管TET1和TET2负责5-mC 5-hmC,转换自己的角色在重组是非常不同的,尤其是在维生素C的存在( 86年]。虽然TET2持续提高维生素C水平的重组不管,TET1作为重组通过干扰遇到障碍的维生素C。此外,TET2但不是TET1能与Parp1 5-mC和5-hmC平衡水平。除了Parp1, DNA修复蛋白已确定,与重组包括成员XPC核苷酸切除修复复杂。与Parp1 XPC家族成员被Oct4和Sox2 Nanog Oct4推动者,处理TET2监管重组( 96年]。这些发现表明,重组所需各种调节器,如TET1 TET2,和TET3招募了特定DNA目标核心转录因子调节改变状态(图 2)。

增强表达的核心重组因子和建立开关对核重编程生成万能细胞的命运。春节酶是被核心转录因子和本地化的甲基化下游基因的启动子区域参与重组。那么春节5-mC氧化成5-hydroxymethylcytosine (5-hmC)作为中介的脱甲基5-mC,导致脱甲基的这些基因的启动子区域和表达,从而启动重组。

监管之间动态平衡的甲基化和脱甲基microrna DNMTs抑制剂和小分子功能。一些microrna的信使rna编码针对DNMTs和小分子功能DNMTs的抑制剂。由于过度的microrna的专门针对DNMTs信使rna以及治疗DNMTs抑制剂,甲基化是压抑,导致甲基化和脱甲基作用平衡的动态改变,提高编程效率。

除了胞嘧啶的甲基化形成5-mC,脱氧腺苷的基因组甲基化中也发现了一些真核生物,如 衣藻、果蝇、和 秀丽隐杆线虫马,产生N6-methyldeoxyadenosine(6或m6A) ( 97年- - - - - - 99年] 。虽然动态平衡的重要性在真核生物的甲基化和脱甲基腺苷之间仍然是难以捉摸的,哺乳动物春节类似物 果蝇(DMAD)和 秀丽隐杆线虫马(NMAD-1)函数的橡皮擦6甲基化和发挥重要作用在生殖和神经活动,进一步表明春节——或者春节analogue-mediated表观遗传调控在真核生物频谱。

 3.3。表观遗传调控在组蛋白MacroH2A级别

与建立,核心重组因子和指导下专门定位区域的目标基因重组期间加强主动脱甲基,一些表观遗传监管机构,如macroH2A和peptidylarginine deiminase Padi4,全球而不是特别影响到多能性状态消极或积极的( One hundred.- - - - - - 102年]。组蛋白变体,MacroH2A全球重组带来不良影响,证明的事实MacroH2A耗尽在多能细胞和分化细胞丰富,可能抑制多能性因素,以及消除MacroH2A提高重组的效率( 98年, 99年]。相比之下,Padi4在重组中扮演积极的角色通过干扰组蛋白的绑定H1 nucleosomal DNA ( 99年]。

 3.4。Nonepigenetic重组的监管效率

除了全基因组表观遗传调控的重组,改变某些代谢途径的关键部件如p21和p53,以及一些通用转录和转译设备,也会影响重编程效率。它已经表明p21可以影响重组效率;因此任何改变提高p21转录和翻译将抑制重编程( 101年]。因此,逻辑推测p53、p21转录的刺激,和eIF4E结合蛋白(4 e-bps),提高了p21的翻译,可以显著抑制重编程效率。已经证实了这种猜测的消耗4 e-bps p53删除成纤维细胞结果相比,提高编程效率,在野生型成纤维细胞由于p21的转录和更高水平的Sox2和原癌基因的情况下4 e-bps。因此,外生Oct4单独是充分的表达在p53诱导多能性和4 e-bp1/2双重缺失突变体成纤维细胞。

 4所示。结束语

iPSC的建立方法和机制有关的解剖改变是一个漫长的旅程的里程碑干细胞研究在理论上和实际上,提供足够的工具来解决基本的生物医学问题epigenetics-mediated (de)分化,以及提供一个有价值的组织再生的细胞来源,人类疾病模型和药物发现。由于努力提高协议iPSC的一代,特别是关于特定病人的体细胞,专注于提高效率和安全,已取得显著进展采用多种(epi)遗传和生化方法。此外,重组背后的分子机制都已经被广泛地研究过了在生化,遗传,表观遗传水平。然而,代万能的技术挑战和安全问题使用万能干细胞在临床应用仍需要解决的大问题。

尽管各种策略已经发明了提高编程效率和改善安全的问题,遗憾的是,这些策略可以确保发电效率高和万能的安全。例如,尽管virus-mediated异位表达的核心重组因子或可拆卸的主要表观遗传因素导致生成效率高,病毒载体的集成可能导致肿瘤发生。同样,一些策略没有病毒载体冥想如病毒vector-free或transgene-free方法,如修改后的mRNA战略和小分子治疗抑制一些障碍或激活重组过程的增强剂,可以改善安全的万能,但其效率远低于授予由病毒或其他transgene-mediated方法。此外,有些小分子可能有多个目标,因此有脱靶效应的可能性,这可能导致不可预测的质量和安全问题生成的万能。因此,重视开展高通量化学屏幕、转录组、蛋白质组学研究,这样更多的小分子,染色质remodelers等表观遗传修饰符可以被识别并用来增强iPSC生成效率不提高安全性和质量问题。

另一方面,机制研究可能有助于发现新策略专注于不同的目标来显著提高重组效率。先前的研究已经使这种方法适用,比如导致表观遗传障碍重组的发现。通过消除这些障碍,重组效率可以大大提升。虽然障碍几件物品已经被确认,需要更多的努力推出新的壁垒和活化剂。

另外,微rna的方法也可以应用解剖的通路参与iPSC重组进一步了解代谢途径之间的串扰和分子物质作为(epi)基因修饰符或驱动程序。重编程机制的进一步了解和开发更安全、更高效的重组策略有利于生物医学研究以及iPSC-mediated再生医学和移植治疗。

 利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

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