日本千叶大学和京都大学12月3日宣布,通过抑制阻碍细胞增殖的“CDKN1A”和“p53”这两个基因的作用,确认了比以往更高效地从人类iPS细胞中提取血小板生成细胞。
该成果是以千叶大学研究生院 医学研究院的高山直哉、京都大学iPS细胞研究所 临床应用研究部中村状特任助教、江藤博之教授、北海道大学的曾根正光助教为中心,东京大学和宫崎大学的研究人员也参与其中的合作研究小组的成果。详细信息发表在涉及干细胞的开放获取期刊“Stem Cell Reports”上。
在之前的研究中,研究小组通过将人类多能干细胞分化成产生血小板的巨核细胞,并进一步发现促进增殖的MYC、BMI1、BCLXL这三种基因(MBX),成功地实现了可以将巨核球无限增殖的“无限增殖化”。
但问题是多能干细胞形成永生化巨核细胞的概率低至5%以下,即使在大多数试验中表达MBX,还存在巨核细胞也会在2个月内停止增殖,增殖能力低的巨核球产生的血小板数量也少等问题。因此,研究小组决定改进能够增加巨核细胞无限增殖化概率的方法。
具体而言,将基于各种人iPS细胞系通过常规方法获得的巨核细胞根据其增殖能力的程度分为高/中/低增殖三类。利用基因表达分析,确认了低或中增殖巨核球与高增殖巨核球相比,具有抑制细胞增殖作用的基因CDKN1A和“CDKN2A”的表达倾向较高。
另外,在这种低/中增殖巨核球中,将能够破坏目标基因的mRNA,抑制该基因功能的“shRNA”导入细胞,抑制CDKN1A和CDKN2A以及促进CDKN1A表达的基因“p53”,当CDKN1A和p53导入shRNA时,最终得到了比以前100倍以上的细胞数,增殖得到了改善。
以往的无限增殖化巨核细胞建立方法和获得的巨核细胞增殖曲线(来源:京都大学CiRA网站)
此外,我们在巨核细胞与iPS细胞分化过程中引入了这些shRNA,在研究巨核球不死化效率是否改善时,除了MBX之外,同时导入针对CDKN1A和p53的shRNA,确认了增殖期间4倍左右,增殖率100亿倍以上,增殖能力得到改善,通过以往的方法得到的中增殖巨核球中导入shRNA的巨核球株,和在从iPS细胞分化过程中使用shRNA的新手法建立的巨核球,血小板产生能力都比不使用shRNA得到的巨核球高几倍到几十倍。据说其能力与迄今为止制造出的产生血小板能力最强的巨核球株不相上下。
针对CDKN1A、p53利用shRNA改善巨核球增殖(来源:京都大学CiRA网站)
此外,通过这种方法获得的巨核细胞株与通过以往方法获得的来自相同iPS细胞的巨核细胞相比,观察到在血小板产生旺盛的巨核球中可以看到的特殊的细胞内膜结构“DMS”正在发展,也确认了存在着一种抗体“PAC1”,这是一种在血小板形成结痂(血栓)时,与使血小板相互交联并加强结合的“整合素”分子特异性结合的抗体。已被证明具有血小板功能。
shRNA导入巨核细胞的血小板生成能力和血小板功能分析(来源:京都大学CiRA网站)
此外,研究团队表示,这项研究的结果有望提高单个iPS细胞生成无限增殖化巨核细胞的效率,这一直是一个瓶颈,还有望用于应用于生产具有根据患者病情量身定制的功能的血小板,如血小板不适应症患者体内不容易产生抗体反应的血小板等。
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