体细胞重编程效率低？原来有miRNAs在作怪

　　

生物通报道  2006年日本科学家山中申弥首次利用病毒载体将四个转录因子（Oct4，Sox2，Klf4和c-myc）的组合转入分化的体细胞中，使其重编程而得到了类似胚胎干细胞的一种细胞类型——诱导多能干细胞（iPSCs）。这种通过将完全分化的体细胞重编程，不经胚胎阶段而直接逆转至多能干细胞状态的iPS 细胞被科学家们视为最有希望运用到再生医学及新药开发的重要资源，为人类各种遗传性及功能性疾病的研究和治疗带来了新希望。
  
尽管近年来iPS技术不断取得发展，各种改良技术时有出现。然而重编程效率低下一直都是科学家们头疼的问题。成为了iPS临床转化的重要障碍之一。解析体细胞重编程过程中的分子调控机制，开发出高效安全的iPS技术成为了近年来干细胞领域研究人员的热点。

近日来自加州大学伯克利分校的研究人员揭示了一个在体细胞重编程过程中扮演重要角色的miRNA家族，并证实抑制这一miRNA家族可大大提高iPS细胞生成效率。相关研究论文在线发表在10月23日的《自然细胞生物学》（Nature Cell Biology）杂志上。

领导这一研究的是华人青年女科学家何琳（Lin He）博士，其于1997年从清华大学毕业，2003年在斯坦福大学医学院取得博士学位，后进入纽约冷泉港实验室开展研究工作。2008年加入加州大学伯克利分校，目前任该校分子和细胞生物学系助理教授。何琳博士是世界上最先发现miRNA在肿瘤形成中重要功能的学者之一。2009年因其对miRNA在肿瘤形成与治疗中的作用研究做出的重要贡献而获得了美国麦克阿瑟基金会“天才奖”。成为了继哈佛大学庄小威和加州大学陈路之后第三位获得这一奖项的华人女科学家。

miR--34是近年来发现的进化中高度保守的一类miRNA家族，广泛存在于节肢动物、线虫纲动物及哺乳动物中。在几乎所有脊椎动物中均存在miR-34家族（简称miR-34s）所包含的3个成员：miR-34a、miR-34b以及miR-34c。何琳博士课题组在之前的研究中证实miR-34s在被称作“基因组守护者”的p53调控通路中发挥着不可忽视的作用。miR-34s的转录受到p53蛋白调节，并参与p53作用通路。由于近年来的一些研究发现p53信号途径对细胞程序改编具有阻碍作用，抑制p53的功能将大大提高小鼠和人类多能干细胞的生产率。因此解析p53细胞网络调控机制成为了体细胞重编程的一个新研究方向。

在这篇文章中，研究人员证实miR-34s尤其是其成员miR-34a以p53依赖性方式参与了对体细胞重编程的调控。研究人员证实miR-34a缺陷小鼠体细胞重编程效率显著提高，细胞动力学增强。不同于p53缺陷在提高重编程效率的同时导致生成的iPS细胞丧失了多潜能性，研究人员证实miR-34a基因敲除不仅可促进iPSC生成，且生成的iPSC细胞维持了自我更新或分化能力。进一步的分析表明miR-34a有可能是通过负调控多能性基因包括Nanog, Sox2和 Mycn (又称作 N-Myc)而发挥重编程抑制效应的。这一miR-34a诱导的转录后基因抑制效应同样还影响了iPS细胞的分化动力学。此外，研究人员还证实miR-34s的另外两个家族成员miR-34b和miR-34c也对体细胞重编程显示了与miR-34a相似的抑制效应。这表明这三种miR-34s有可能在这一过程中发挥了协同效应。

新研究揭示了一个在体细胞重编程中起重要调控作用的miR-34家族，从而为开发出新的iPS技术提供了新的研究方向。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

miR-34 miRNAs provide a barrier for somatic cell reprogramming

Somatic reprogramming induced by defined transcription factors is a low-efficiency process that is enhanced by p53 deficiency1, 2, 3, 4, 5. So far, p21 is the only p53 target shown to contribute to p53 repression of iPSC (induced pluripotent stem cell) generation1, 3, indicating that additional p53 targets may regulate this process. Here, we demonstrate that miR-34 microRNAs (miRNAs), particularly miR-34a, exhibit p53-dependent induction during reprogramming. Mir34a deficiency in mice significantly increased reprogramming efficiency and kinetics, with miR-34a and p21 cooperatively regulating somatic reprogramming downstream of p53. Unlike p53 deficiency, which enhances reprogramming at the expense of iPSC pluripotency, genetic ablation of Mir34a promoted iPSC generation without compromising self-renewal or differentiation. Suppression of reprogramming by miR-34a was due, at least in part, to repression of pluripotency genes, including Nanog, Sox2 and Mycn (also known as N-Myc). This post-transcriptional gene repression by miR-34a also regulated iPSC differentiation kinetics. miR-34b and c similarly repressed reprogramming; and all three miR-34 miRNAs acted cooperatively in this process. Taken together, our findings identified miR-34 miRNAs as p53 targets that play an essential role in restraining somatic reprogramming.