Cellules souche induites de Pluripotent (iPS) : Découverte, avantages et retouche de gène de CRISPR Cas9

Les cellules souche pluripotent induites (IPS) sont des cellules somatiques qui peuvent être reprogrammées en exprimant une combinaison des facteurs embryonnaires de transcription. Comme les cellules souche embryonnaires, les cellules d'IPS peuvent différencier dans chacune des trois couches de cellule germinale : ectoderm, mesoderm, et endoderme. Les cellules reprogrammées peuvent être employées pour produire des cellules souche pour les maladies, doper le développement, et le traitement régénérateur personnalisé de cellule souche.

Cet article couvrira :

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La découverte des cellules souche pluripotent induites (iPS)

Expériences tôt

Bien que la découverte réelle des cellules souche pluripotent ait été effectuée en 2006, plusieurs études ont préparé le terrain pour cette découverte. Monsieur John Gurdon a expliqué le premier cas de reprogrammer quand il a produit des têtards des cellules infertilisées énucléées d'oeufs des grenouilles transplantées avec le noyau des cellules somatiques épithéliales des têtards. Cette méthode - connue sous le nom de transfert nucléaire de cellule somatique - a été exécutée en 1962 et a provoqué l'idée du clonage.

Monsieur Ian Wilmut et ses collègues a employé le principe du transfert nucléaire de cellule somatique au chariot de clone les moutons trente-cinq ans après des expériences de monsieur John Gurdon's. Ces deux expériences ont prouvé que le noyau des cellules somatiques différenciées contient toute l'information génétique nécessaire pour produire un ` entier d'organisme à partir de zéro'.

Les lignées cellulaires embryonnaires de cheminée de souris et des lignées cellulaires embryonnaires humaines de cheminée ont été produites en 1981 et 1998, respectivement. Ces lignées cellulaires ont été produites des embryons de pré-implantation et ont eu la propension de produire n'importe quelle cellule dans le fuselage. Dans une autre découverte de point de repère, Takashi Tada et ses collègues ont montré la reprogrammation des cellules somatiques en protégeant par fusible les cellules somatiques adultes avec les cellules souche embryonnaires, produisant consécutivement les cellules qui pourraient exprimer les gènes liés pluripotency en 2001.

Cellules souche pluripotent induites

Toutes ces découvertes ont préparé le terrain pour Shinya Yamanaka et Kazutoshi Takahashi quand elles ont développé les premières cellules souche pluripotent induites en 2006. Ils ont utilisé une méthode différente de reprogrammer où ils avaient l'habitude un rétrovirus pour fournir quatre facteurs de reprogrammation de transcription : la transcription Octamer-grippante factor-3/4 (3/4 octobre), Kruppel aiment Factor-4 (Klf4), sexe-déterminant le Y-cadre 2 (SOX2) de région et le c-Myc. Ces quatre facteurs sont également des facteurs appelés de « OSKM ». La même méthode a été employée par Yamanaka et son équipe pour développer par la suite les cellules souche pluripotent causées par l'homme (hiPSCs).

Production des cellules d'IPS pour l'usage en recherche et médicament

Armé par la connaissance des études précédentes qui ont expliqué que les oeufs infertilisés et les cellules souche embryonnaires contiennent les facteurs qui peuvent accorder pluripotency aux cellules somatiques, Yamanaka et son équipe ont présumé que les facteurs qui facilitent en mettant à jour l'identité embryonnaire de cellule souche peut également avoir des rôles critiques pour induire le pluripotency en cellules somatiques.

La transcription factorise - comme Oct3/4, Sox2 et Nanog - avait été montrée pour avoir des rôles dans le pluripotency de mise à jour en embryons tôt et cellules souche embryonnaires. En outre, les gènes tels que Stat3, les ères, le c-Myc, le Klf4, et la b-caténine s'étaient avérés à long terme maintenance impliquée de phénotype embryonnaire de cellule souche et prolifération des cellules souche embryonnaires dans les conditions de culture. Ainsi, en 2006 Yamanaka et ses collègues ont sélecté ces facteurs pour vérifier leur efficacité en induisant le pluripotency en cellules somatiques.

Vingt-quatre gènes candidats sélectés ont été testés dans une analyse où l'admission de la condition pluripotent a été trouvée comme résistance à l'antibiotique G418 (un relatif antimicrobien d'aminoside au gentamycin). Les gènes candidats ont été introduits dans les fibroblastes embryonnaires de souris, et les cellules transduced ont été cultivées en cellules d'alimentateur maintenues dans le support de cellule souche embryonnaire contenant des fortes concentrations de l'antibiotique mentionné ci-dessus.

En bref, la présence de chacun des 24 gènes candidats a produit des colonies de résistance aux antibiotiques. Ces colonies résistantes ont également possédé les propriétés comme une cellule de cheminée embryonnaire, y compris la morphologie et les caractéristiques de prolifération. L'analyse approfondie a indiqué que ces colonies ont également hébergé les bornes embryonnaires de cellule souche, telles qu'Oct3/4, Nanog, ères, Cripto, Dax1, Zfp296 et Fgf. Par conséquent, cette expérience a indiqué cela combinant ces 24 gènes candidats a pu induire les gènes embryonnaires de borne de cellule souche.

Cependant, pour vérifier qui de ces gènes candidats étaient indispensables pour ce procédé de conversion, l'équipe de recherche a observé l'effet de retirer différents facteurs du gisement des gènes candidats. Ils ont trouvé cela retirer quatre facteurs - Oct3/4, Klf4, Sox2, et c-Myc - menés à aucune colonies ou à paroir, colonies comme une cellule de cheminée moins embryonnaire. Ces résultats proposent que les quatre facteurs mentionnés ci-dessus aient un rôle majeur pour produire des cellules souche pluripotent induites des fibroblastes embryonnaires de souris.

Quels sont les avantages et les désavantages des cellules d'IPS ?

Avantages

Des cellules souche pluripotent induites ne sont pas dérivées des cellules souche embryonnaires, et ceci réalise une inversion les préoccupations éthiques actuelles dans le domaine concernant l'utilisation des cellules souche embryonnaires. Comme elles peuvent être obtenues à partir des cellules somatiques du même donneur qui recevra la greffe, les éditions d'histocompatibilité sont rigoureusement réduites.

Cette méthode a aidé à développer notre compréhension concernant la « reprogrammation » du procédé et l'information est transférable in vivo aux traitements visés reprogrammant les cellules endommagées ou malades. Ainsi, des médicaments de patient-détail peuvent être développés pour les examiner sans mettre en danger d'autres animaux. Ceci fournit également « un modèle humain » pour examiner les candidats variés de médicaments, contrairement aux modèles animaux qui rendent nécessaire plus de moyens et de temps et sont moins efficaces.

Désavantages

Le problème majeur est l'utilisation des retroviruses de produire des iPSCs car ils sont associés au cancer. Plus particulièrement, les retroviruses peuvent insérer leur ADN n'importe où dans le génome et par la suite déclencher l'expression du gène de cancérigène. En outre, comme indiqué précédemment, le c-Myc (un des gènes utilisés dans la reprogrammation) est un oncogene connu, et son overexpression peut entraîner le cancer.

En outre, en certaine cellule de non-division tape (comme PBMCs ou fibroblastes agés de peau) le régime de reprogrammation des cellules somatiques aux iPSCs est très inférieur (moins de 0.02 %). Il y a également un besoin d'évaluer la qualité et la variabilité du procédé de reprogrammation. Par exemple, les iPSCs ont souvent une tendance de ne pas différencier entièrement. Par conséquent, il y a un besoin de poursuivre une évaluation quantitative de la qualité finale des cellules et de l'écran pour n'importe quelle altération génétique ou épigénétique pendant le procédé de reprogrammation.

Gène-retouche CRISPR/Cas9 des cellules d'IPS

La retouche de gène des cellules d'IPS a montré le potentiel grand pour explorer le moléculaire/mécanismes cellulaires qui soutiennent neurodegenerative varié, immunologique, hématologique, métabolique, et maladies cardiaques. Actuellement, CRISPR/Cas9 est employé dans la recherche pour produire des modèles de la maladie et pour remettre les fonctionnements normaux des cellules. C'était une aide significative aux scientifiques pour découvrir l'origine génétique pour une myriade de conditions.

CRISPR/Cas9 a été également employé aux mutations géniques variées knockout, y compris DNMT3B (la cause de dystrophie musculaire 2 notamment), COL7A1 (épidermolyses bulleuse simple dystrophiques), et ABCA1 (déficit familial de lipoprotéine lourde et maladie de Tanger).

Dans une étude, les scientifiques ont effacé des répétitions de CGG connues pour entraîner le syndrome du X fragile en gène FMR1, corrigeant la condition. De même, Kim a et autres employé CRISPR pour rectifier une mutation ponctuelle en cellules d'iPSC dérivées des patients qui ont eu une mutation dans le gène muté de télangiectasie d'ataxie (ATM).

Sources

Further Reading

Last Updated: Jul 17, 2019

Dr. Surat P

Written by

Dr. Surat P

Dr. Surat graduated with a Ph.D. in Cell Biology and Mechanobiology from the Tata Institute of Fundamental Research (Mumbai, India) in 2016. Prior to her Ph.D., Surat studied for a Bachelor of Science (B.Sc.) degree in Zoology, during which she was the recipient of an Indian Academy of Sciences Summer Fellowship to study the proteins involved in AIDs. She produces feature articles on a wide range of topics, such as medical ethics, data manipulation, pseudoscience and superstition, education, and human evolution. She is passionate about science communication and writes articles covering all areas of the life sciences.  

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