用于提高对多能干细胞分化途径的控制的多能干细胞重编程制造技术

技术编号:14810310 阅读:142 留言:0更新日期:2017-03-15 02:28
本发明专利技术涉及通过表观遗传学调节和代谢重编程将多能干细胞(PSC)重编程为具有高度可控的生物学功能的pPSC的方法,通过所述方法获得的细胞以及使用所述细胞的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及通过表观遗传学调节(epigeneticconditioning)和代谢重编程(metabolicreprogramming)将多能干细胞(pluripotentstemcell,PSC)重编程为具有高度可控生物学功能的pPSC的方法、通过所述方法获得的细胞以及使用所述细胞的方法。专利技术背景多能干细胞(PSC)具有分化成全部三个胚层的细胞类型以及分化成生殖细胞的潜力。因此,对于将其分化潜力用于临床应用如干细胞治疗、组织和器官再生、生育力恢复、癌症治疗和研究具有很大兴趣。但是,当在体内植入时,未分化或部分分化的PSC或者其亚群形成畸胎瘤或其他癌症。PSC的致肿瘤性目前是其临床应用的最大挑战。目前解决PSC的致肿瘤性问题的方法包括产生被称为祖细胞的部分分化的PSC并随后分选细胞、引入PSC选择性自杀基因或者非遗传选择性地杀死PSC。部分分化的祖细胞已经针对谱系定型,但其为非致肿瘤性的,并且可以将这些细胞从细胞群的其余细胞中分选出来。但是由于分化是一种渐进过程而不是开关式的转换(on/offswitch),分选可能不足以有效去除致肿瘤性。因此,依然不知道这样的分选方法到底有多安全。已经描述了向PSC中引入自杀基因以在细胞分化后选择性杀死其余PSC。但是,基因操纵并不合乎期望,并且可能导致基因组的不稳定性和宿主的免疫原性反应。已经通过使用靶向未分化人ESC的抗体来实施非遗传选择性杀死PSC。但是无法确定用于杀死PSC的化合物是否遗漏了保持部分PSC特性的部分分化细胞。而且在体内应用这样的方法还产生了同样杀死身体的天然存在的干细胞、潜在地削弱患者的风险。在一种方法中,通过提高细胞培养基中的乳酸浓度并因此从代谢上选择存活的心肌细胞来富集PSC衍生心肌细胞并且选择性杀死PSC。但是这种方法并非对任何分化细胞类型都适用。在专利US20120288936A1中,与Dnmt抑制剂或组蛋白脱乙酰酶抑制剂组合的多肽被用于将体细胞重编程为PSC或者将PSC转变成其他干细胞类型。在专利US20100159459A1中,已描述了诱导低甲基化(hypomethylated)的基因组以产生PSC并且恢复分化潜力的处理。但是,两种方法都不能解决致肿瘤性的问题。在专利WO2013059829A1中,描述了通过用ECM(细胞外基质)组分纤调蛋白(fibromodulin)处理人成纤维细胞来产生非致肿瘤性PSC的方法,其特征为核心多能因子(corepluripotencyfactor)nanog、oct4和sox2以及细胞周期负调节剂p15和p21的表达。但是,报道的重编程效率为约0.03%,这表明其是对已经存在的非致肿瘤性PSC亚群进行选择,而不是真正对成纤维细胞重编程。此外,所得细胞没有表现出生殖细胞样特征。0.03%的重编程效率可能在分选和/或扩增期望的细胞群用于进一步应用方面产生巨大成本。因此,期望以更有效的方式获得所述细胞群。本专利技术方法实现了高得多的效率,因为对重编程细胞进行的所有表征都显示出清楚的强趋势,而不需要进一步的细胞分选。利用纤调蛋白刺激的重编程效率可能取决于被刺激的细胞类型,而在本专利技术中,重编程不是基于生长因子或其他蛋白质的刺激,而是通过在PSC(不论其来源)中产生表观遗传学消隐的状态(blankedstate)以及随后的代谢重编程条件而以化学方式实现的,其比仅用蛋白质的刺激产生彻底得多、有效得多的重编程。此外,与不导致生殖细胞产生的利用纤调蛋白的重编程相比,生殖细胞的产生可能代表了本专利技术的另一个优点,因为生育力相关治疗具有高的社会和经济利益。癌症目前是工业化国家中继心血管疾病之后的第二大死亡原因。由于许多细胞机制可能导致或促进癌症发生,所以癌症是非常异质和复杂的疾病。进行着不断的研究以寻找哪些新基因的异常活性参与癌症。参与癌症的新基因的发现可以为新癌症药物的开发提供指引。因此,可以鉴定新的癌症相关基因的方法具有很大的价值。由于癌细胞来源于身体自身细胞,其通常难以在不损害体内其他重要细胞(例如干细胞)的情况下被选择性靶向。进行着不断的研究以寻找可以选择性靶向癌细胞而不损害体内其他细胞的新疗法。特别地,大部分癌症药物还损害干细胞,并且当前方法的目的是将细胞毒性化合物特异性引导至肿瘤部位以避免身体其他部分暴露于药物。为此,广泛使用了基于抗体的方法。但是,在大多数情况下,活性癌症药物本身对干细胞也是有毒的。因此,有意义的是寻找仅对癌细胞有毒的药物。当前鉴定参与癌症之基因的方法包括:筛选可以造成非癌细胞转变成癌细胞的基因、鉴定与染色体畸变有关的基因以及鉴定病毒癌基因、不同的病毒和非病毒诱变方法以及RNA干扰。但是,由于癌细胞和干细胞通常具有非常类似的细胞调控机制,因此研究干细胞如何避免癌症发生是非常有前途的。PSC是干细胞,其同时是致肿瘤性的。然而其致肿瘤性并不是来源于基因突变或其他损伤,而是这类细胞的固有特性。因此将PSC重编程为非致肿瘤性状态将具有极大益处,将允许鉴定和研究参与癌症发生的基因和机制。由于对女性中卵或支持排卵的结构以及男性中精原干细胞(spermatogonialstemcell,SSC)群或支持精子发生的结构的损害,男性中的癌症治疗经常导致不育。目前在年轻男性中癌症治疗后保持生育力的唯一可用选择是精子的低温保存。但是这种选择并不理想,如果在癌症治疗后自然生育力能够再次恢复的话将是优选的。另一方面,这种情况对于男性儿童癌症患者看起来甚至更糟,因为其尚不存在有受精能力的精子。在这些情况下,SSC的低温储存似乎是唯一可用的选择。这也易于产生问题,例如治疗之前冷冻SSC的长期稳定性或者癌细胞的污染。在某些情况下,男性一般群体中的不育或低生育力也可能涉及精原干细胞数目或功能的降低。因此,更好的保持生育力的治疗选择将有很大价值,尤其是对于癌症存活人群。目前,在利用恒河猴进行的实验中发现,精原干细胞(SSC)的移植可以恢复精子发生。如果存在容易获得SSC的方法,这些结果有很大希望将其用于人类男性中的生育恢复。对于从其他细胞类型(例如PSC)产生SSC也有很大兴趣,并且目前的工作已经成功表明PSC中某些SSC标志物的诱导,例如Zbtb16。在确定允许长期培养SSC的培养条件方面也取得了相当大的进步。一种介导SSC生长和特性的主要生长因子是神经胶质细胞系衍生性神经营养因子(GDNF)。但是,GDNF也具有致肿瘤作用。最近刚刚公开的报道表明,大部分未分化的SSC的GDNF受体Gfra1是阴性的。还报道了SSC群表达Nanog。但是,另一些旨在使PSC分化成SS本文档来自技高网...

【技术保护点】
对多能干细胞(PSC)重编程的方法,包括以下步骤:(a)对PSC进行表观遗传学调节,任选地对PSC进行翻译后调节,以及(b)对PSC进行代谢重编程,其中在表观遗传学调节和任选的翻译后调节之后对所述多能细胞进行代谢重编程。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.03 EP 13004776.41.对多能干细胞(PSC)重编程的方法,包括以下步骤:
(a)对PSC进行表观遗传学调节,任选地对PSC进行翻译后调节,以及
(b)对PSC进行代谢重编程,
其中在表观遗传学调节和任选的翻译后调节之后对所述多能细胞进行代谢重编程。
2.权利要求1所述的方法,其中消除了所述PSC的致肿瘤性和/或可逆地停止了所述PSC
的增殖。
3.权利要求1至2中任一项所述的方法,其中通过改变优选提高或降低组蛋白乙酰化,
和/或通过改变优选提高或降低基因组甲基化,更优选通过提高或降低组蛋白甲基化和/或
DNA甲基化来对所述PSC进行表观遗传学调节,并且任选地其中优选地通过改变优选提高或
降低蛋白质的乙酰化、磷酸化、甲基化、核糖基化、泛素化、SUMO化和/或糖基化来对所述PSC
进行翻译后调节,并且任选地其中通过改变活性氧物质(ROS)信号转导、细胞糖酵解、氧化
磷酸化、磷酸戊糖途径、糖原代谢和/或抗氧化系统,优选地通过提高ROS信号转导、通过抑
制糖酵解、通过提高氧化磷酸化、通过提高磷酸戊糖途径、通过提高糖原合酶活性和/或通
过通过诱导抗氧化酶来对所述PSC进行代谢重编程,所述抗氧化酶包括但不限于NADPH脱氢
酶醌1(Nqo1)、Sulfiredoxin1(Srxn1)、谷氨酸-半胱氨酸连接酶催化亚基(Gclc)、谷氨酸-
半胱氨酸连接酶修饰亚基(Gclm)、谷胱甘肽S-转移酶Mu1(Gstm1)。
4.权利要求1至3中任一项所述的方法,还包括以下步骤:
(d)使所述PSC分化,优选地使所述PSC分化成以下细胞:心肌细胞、心脏起搏细胞、骨骼
肌细胞、平滑肌细胞、血管平滑肌细胞、内皮细胞、肾小球壁细胞、肾小球足细胞、肾近端小
管刷状缘细胞、亨利氏环薄段细胞、升支粗段细胞、肾远端小管细胞、肾收集管细胞、间质肾
细胞、肝细胞、肝窦状隙内皮细胞、肝星状细胞、枯否细胞、神经元、锥体细胞、篮细胞、贝兹
细胞、中等多刺神经元、浦肯野细胞、闰绍细胞、lugaro细胞、单极刷细胞、颗粒细胞、前角细
胞、梭形细胞、许旺细胞、卫星细胞、嗅鞘细胞、视网膜神经节细胞、视锥细胞、视杆细胞、朗
格汉斯细胞、黑色素细胞、上皮细胞、成纤维细胞、角质细胞、梅克尔细胞、毛囊细胞、成骨细
胞、破骨细胞、巨噬细胞、嗜中性粒细胞、树突细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞、嗜碱性粒细
胞、自然杀伤细胞、淋巴细胞、T细胞、B细胞、造血干细胞、间充质干细胞、胰腺α细胞、胰腺β
细胞、胰腺γ细胞和胰腺δ细胞。
5.通过权利要求4所述的方法重编程的分化细胞。
6.通...

【专利技术属性】
技术研发人员:维奥拉·福格尔卡梅伦·莫什费格
申请(专利权)人:苏黎世联邦理工学院
类型:发明
国别省市:瑞士;CH

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