三篇Cell揭晓iPS谜底：具体步骤与蛋白质组变化

　　

生物通报道：著名的四大转录因子：Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc对iPSC的形成至关重要，但转录因子激发iPSC形成的步骤及机制一直尚不明确。近期Cell和Cell Report陆续发表了三项新研究成果，分别解析了iPS细胞如何一步步形成的步骤，以及在重编程的第一天和最后三天里的一个两步复位方法，这揭开了iPSCs形成的谜底，也指出了相应提高重编程效率的一些新基因。

iPSC具有和胚胎干细胞（ESC）类似的特征和功能，却极大程度避免了ESC研究和应用中面临的伦理和排斥等诸多障碍，因此这一新技术给基于干细胞的个性化治疗和再生医学带来了光明的前景。诺贝尔奖得主Yamanaka教授及后来的大量研究都表明Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc（OSKM）等转录因子对iPSC的形成具有至关重要的作用，但是对于上述转录因子激发iPSC形成的步骤和机制尚不明确。

为了揭开这个谜底，来自哈佛-麻省总医院的两位知名科学家：Sridhar Ramaswamy和Konrad Hochedlinger进行了iPS细胞形成的转录分析，发现了一种双相过程。其中c-Myc/Klf4驱动了第一波，Oct4/Sox2/Klf4驱动了第二波，这种双相过程导致了一些细胞难以重编程，如果能提高4个因子的表达，就可以解决这一问题。

由此研究人员不仅解析出了iPS细胞由这些转录因子诱导恢复多能性的步骤，而且也提出了令体细胞更易形成iPSCs的方法。

在另外一篇文章中，研究人员采用了一种称为深度定量蛋白质组学（in-depth quantitative proteomics）的方法，分析成纤维细胞重编程为iPS细胞过程中蛋白质组的变化，从蛋白种类和数量上的变化来阐述重编程过程。

研究人员收集了6个时间段的样品进行分析：蛋白收集，在多肽上加上稳定的同位素标记，然后利用高通量纳米液相色谱-串联质谱进行分析，由此发现重编程的第一天和倒数第三天出现了蛋白质组的一个两步复位过程，这些蛋白以一个高度协调的方式发生着变化，出现了几种生物学进程，比如电子传递链复合物的电化学变化，中间阶段囊泡的运输，还有最后阶段中的EMT样进程等。

这项研究以定量蛋白质组学为基础，进行了大规模（8000种蛋白），大范围（7个数量级）的分析，明确的指出了重编程过程是一种多步骤进程，目前大部分研究集中在起始阶段，而这项研究发现了前三天和后十二天的变化，解析了其中微妙的中间阶段，将进一步增强我们对细胞重编程机理的认识。

（细胞重编程分子事件，图片来源：Nature）

（生物通：张迪）

原文标题：

Single-Cell Expression Analyses during Cellular Reprogramming Reveal an Early Stochastic and a Late Hierarchic Phase

Highly Coordinated Proteome Dynamics during Reprogramming of Somatic Cells to Pluripotency

A Molecular Roadmap of Reprogramming Somatic Cells into iPS Cells