将ips细胞定向分化为胰岛β细胞

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1、iPS细胞定向分化为胰岛β细胞研究小组成员：刘楠，李辉莹，吴德伟，窦坤，蒋韬，周溦，陈珺，曾扬，杨杨，李磊，吴尚宜，朱翔龙指导教师：高绍荣博士Abstract:iPScellsaresomaticcellderivedpluripotentcellsinducedbyfourfactors.Thesecellscangiverisetoderivativesofallthreegermlayers.iPScellshavethepotentialtobedifferentiatedintocelltypessuchasn

2、euronsandbloodprecursors,whichhasbroadimplicationsfortheuseofstemcellsforpotentialuseintherapy.InthisprojectwewanttoinduceiPScellsinsteadofEScellstoinducepancreaticβcellsfortransplantationtherapyoftypeIdiabetesmellituswhichiscausedbyanautoimmunedestructionofthein

3、sulin-producingβcells.A.IntroductiontoiPScellsandPancreaticβcellsWhatareiPScells?iPS细胞（inducedpluripotentstemcells）这一名词由Yamanaka在2006年提出。他的小组通过对胚胎干细胞的研究发现，胚胎干细胞中存在一系列特异性表达的蛋白质，而当胚胎干细胞分化时，这些蛋白表达减少。那么如果在小鼠体细胞内表达这些蛋白，能否使体细胞转变为具有干细胞全能性质的细胞呢？经过对这些因子的组合和筛选，他们确定了Oct4，So

4、x2，c-Myc和Klf4这四种转录因子。他们使用慢病毒载体将这四种因子（及其各自的启动子）导入到小鼠皮肤成纤维细胞中，并经过筛选，发现了具有干细胞形态的细胞群落。这些细胞群落具有胚胎干细胞特异的表面抗原（Stagespecificembryonicantigen，SSEA），也通过Teratomaformation、Chimeraformation和Tetraploidcomplementation检测（参考method），充分证明了它们具有多能性（pluripotent），因此命名为inducedPluripoten

5、tStemcells。12007年12月，日本的Yamanaka和美国威斯康辛大学的Thomson小组分别在cell和science上同时发表自己的研究成果1,2，他们成功地将人的成纤维细胞重编程，诱导成为了多能干细胞。与小鼠中的方法相同，他们将四种因子转入体细胞中。两个小组导入的因子有两个是相同的（Oct4，Sox2），Yamanaka小组的另两个因子是c-myc和klf4，而Thomson的是nanog和lin28。Oct4，Sox2被证明是维持干细胞状态所必需的因子，而另外两个因子更多起到的是促进转化和抑制凋亡的作

6、用。这两套因子具有各自的优缺点。事实上除了Oct4外，其他因子多可被其家族中的同源蛋白取代。3Fig.1体细胞（Fibroblast）加入四种因子以后，重编程为iPS细胞。iPS细胞具有分化为三个胚层细胞的能力，已经证明可以分化为血细胞和神经细胞。TakenfromLaurieABoyer，CurrentOpinioninGenetics&Development3WhyiPS?Fig.2EmbryonicstemcellsarederivedfrominnercellmassoftheBlastocyst.Takenfr

7、omPesceandSchöler,1998iPS细胞与胚胎干细胞相比有很多优点。一是来源。胚胎干细胞（embryonicstemcells，ESCs）是指当受精卵分裂发育成囊胚时内细胞团（InnerCellMass）的细胞，如图2。取得胚胎干细胞必须破坏胚胎。因此对人胚胎干细胞的研究一直阻力重重。而iPS细胞则由体细胞诱导产生，不存在类似的问题。二是用于治疗时，异源的胚胎干细胞治疗会引起免疫排斥反应。iPS细胞取自病人组织，产生的是病人特异的干细胞，避免了上述问题。当然iPS细胞现阶段也存在缺点。在Yamanaka小组

8、使用的因子中，c-myc是原癌基因，小鼠iPS实验证明此基因的失控会导致癌症的发生。而除此之外，iPS小鼠存在明显的健康问题，死亡率很高。Yamanaka小组已经通过去除c-myc因子进行了研究，在小鼠和人实验中得到了很好的结果。4另外，慢病毒载体的使用也会导致基因组的整合，诱发危险。总之，iPS在研究和应用上都面临