中国农大李宁院士Cell子刊发布细胞重编程新系统

　　

生物通报道  来自中国农业大学、美国犹他大学的研究人员报告称，他们构建出了一种新型甲氧苄啶（trimethoprim ,TMP)体细胞重编程系统，为重编程机制研究提供了一个有价值的新工具。这一突破性的研究发表在5月6日的《Stem Cell Reports》杂志上。

中国工程院李宁（Ning Li）院士以及中国农业大学生物学院的吴森（Sen Wu）教授是这篇论文的共同通讯作者。李宁院士在畜禽功能基因挖掘与分子育种，以及牛体细胞克隆和转基因体细胞领域取得大量重要的成果，被誉为是“中国动物转基因克隆研究领军人物”。吴森教授的主要研究方向为动物遗传工程与干细胞。

由体细胞诱导生成的iPSCs为再生医学带来了极大的希望。当前，研究人员主要是采用经典的方法即通过异位表达转录因子Oct4、Klf4、Sox2和c-Myc，或其他的组合来将小鼠和人类体细胞重编程为iPSCs。然而，在确保将这些iPSCs高效、安全、可靠地投入临床应用之前，仍然需要更深入地了解重编程的机制（延伸阅读：Cell子刊揭示iPS细胞重要蛋白）。

Cre/loxP系统和多西环素(Dox)诱导系统近年被广泛应用于在重编程机制研究中。2009年山中伸弥利用Dox系统证实了，体细胞是以一种有序及随机的方式被重编程为iPSCs。然而，Dox系统存在的一些局限性，例如需要反式激活蛋白，以及对基因表达水平有限的控制，表明需要一种更为灵活的、具有微调能力的系统来进一步剖析重编程的分子机制。通过确定必需重编程因子的最佳水平，我们或许可以能够提高多个物种的重编程效率和质量。

近期有研究报道称，开发出了一种可诱导系统借助于市场上可购买到的一种小分子TMP调控了蛋白质的稳定性。在这一系统中，研究人员通过操控一种融合蛋白带上来自大肠杆菌二氢叶酸还原酶的失稳结构域（destabilizing domain，dd），导致了蛋白质失稳定被蛋白酶体所降解。添加TMP可以一种快速地、可逆的、剂量依赖性方式稳定这一融合蛋白，由此可改变蛋白质周转速度，将短寿或检测不到的蛋白质转变为能在精确控制的时间内发挥功能的蛋白。

在这篇新文章中，中国农业大学的研究人员将这一TMP调控的dd插入到了基于piggyBac转座子的重编程载体中，构建出了新型TMP体细胞重编程系统，利用这一系统他们诱导生成了小鼠和猪的iPSCs。他们证实通过以一种剂量依赖性方式添加TMP可以精确的调控重编程蛋白的水平及稳定性。利用这一工具，研究人员发现在重编程的早期和中期阶段，可以不需要外源性的OCT4或KLF4，而重编程早中期阶段外源性的SOX2表达则是成功重编程的必要条件。

研究人员称，他们开发的这一TMP重编程系统为在重编程机制研究中确定转录因子的化学计量和短时需求提供了一个重要的工具。

（生物通：何嫱）

作者简介：

李宁

男，1962年生，教授，博士生导师。“国家杰出青年基金”获得者、“****奖励计划”特聘教授、自然科学基金委“创新研究群体”学术带头人、科技部“973”项目首席科学家和科技部“863”计划重大专项总体专家组组长、欧盟第5框架计划PigBioDiv2计划的负责人；获得国家级二等奖3项、省部级一等奖3项和省部级二等奖2项，国务院政府特殊津贴，****奖励计划成就奖一等奖，863计划先进个人，WCGALP青年科学家奖，首都农业科技先进工作者，中国遗传学会“李汝祺”优秀论文奖；发表学术论文217篇，其中SCI论文82篇，包括在《Genomics》、《Biology  of  Reproduction》、《Nature》等国际著名科学期刊上的论文；主编面向21世纪课程教材《动物遗传学》和英文专著《Genomics  and  Biotechnology  in  Livestock  Breeding》；获得发明专利3项，19项专利处于公示期。

吴森

学习与工作经历
1988-1993 北京农业大学动物医学院，本科
1993-1998卫生部北京生物制品研究所，助理工程师
1998-1999加拿大University of Saskatchewan，读硕士研究生
1999-2006美国University of Utah，博士学位，导师 Mario Capecchi
2006-2010美国HHMI/University of Utah，博士后, 导师 Mario Capecchi
2010-至今中国农业大学生物学院，教授

研究方向:动物遗传工程及干细胞        

生物通推荐原文摘要：

Fine-Tuning of iPSC Derivation by an Inducible Reprogramming System at the Protein Level

Induced pluripotent stem cells (iPSCs) generated from somatic cells by ectopic expression of reprogramming factors, e.g., POU5F1 (OCT4), KLF4, and SOX2, have great potential for regenerative medicine. However, before they can be used in a clinical setting, the mechanism of reprogramming needs to be better understood. Here, by engineering reprogramming factors to a destabilizing protein domain, we achieved inducible generation of mouse and pig iPSCs. Stability of the fusion protein was precisely regulated by the addition of the cell-permeable small molecule trimethoprim (TMP) in a dose-dependent manner. With these tools, we found that during the early and middle stages of reprogramming, exogenous OCT4 or KLF4 could be omitted, whereas exogenous SOX2 expression at early and middle stages was required for successful reprogramming. Our TMP reprogramming system is useful for defining the stoichiometry and temporal requirements of transcription factors for reprogramming.