华东师大叶海峰组开发光控体细胞重编程体系和光控嵌合体小鼠

背景

干细胞作为一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞群体，其潜在的分化能力使其在组织工程，细胞治疗等方面有广阔的应用前景。目前，主要是通过病毒介导或者质粒转染等方式过表达外源基因以及多种小分子化合物将体细胞重编程成为多能性干细胞。但是这些方法存在不可控和效率低等问题。在体细胞重编程为多能性干细胞过程中转录因子的时序精准调控发挥着非常重要的作用。如何从时间和空间上精确调控内源转录因子形成多能性干细胞仍然是一个重要的科学问题。 

内容

2022年12月11日，华东师范大学生命科学学院叶海峰课题组在Advanced Science杂志在线发表了表题目为An optogenetic-controlled cell reprogramming   system for driving cell fate and light-responsive chimeric mice的研究论文，报道了一种光控体细胞重编程体系（简称LIRE，图1）。通过远程、无痕光控内源转录因子Sox2 和Oct4，可以实现小鼠成纤维细胞（MEF）重编程成为多能性干细胞（iPSCs）。 

图1 光控体细胞重编程体系设计原理及应用

首先，研究人员基于CRY2-CIBN蓝光调控转基因表达系统和CRISPR/dCas9系统，设计、构建了光控体细胞重编程体系。利用该体系，研究人员成功实现了对内源转录因子Sox2 和Oct4的可控表达（图2）。使其能够在时间进行精准的调控表达，同时具有良好的可逆性等特点。

其次，LIRE体系在光照条件下，通过激活内源转录因子Sox2 和Oct4，可以成功地将小鼠成纤维细胞重编程为多能性干细胞（iPSCs，图3）。而且在不同gRNA的引导下，通过光照可以获得不同类型的细胞。

图2 光控体细胞重编程体系的设计、构建和动力学表征
图3 光控多能性干细胞的表征
图4 光控嵌合体小鼠的获得及其光响应性研究

最后，研究人员将光控干细胞进行囊泡注射，首次获得了光控嵌合体小鼠，并且在光控嵌合体小鼠体内成功实现激活外源和内源基因的表达（图4）。该研究为多能性干细胞的形成提供一种新的思路和新方法，为再生医学研究和临床治疗提供一种潜在工具。

该项工作中，华东师范大学生命科学学院王美艳副研究员和已毕业的2017级硕士生刘缘晓为共同第一作者，叶海峰研究员为论文通讯作者。

该研究受到了国家重点研发计划“合成生物学”重点专项、上海市科委合成生物学重大项目以及国家自然科学基金的大力支持。

来源：遇见生物合成

E.N.D

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