Cellule staminali incitate di Pluripotent (iPS): Scoperta, vantaggi e modificare del gene di CRISPR Cas9

Le cellule staminali pluripotent incitate (IPS) sono somatociti che possono essere riprogrammati esprimendo una combinazione di fattori di trascrizione embrionali. Come le cellule staminali embrionali, le celle di IPS possono differenziarsi in tutti e tre i livelli della cellula germinale: ectoderm, mesoderm ed ipoblasto. Le celle riprogrammate possono essere usate per generare le cellule staminali per le malattie, drogare lo sviluppo e la terapia a ricupero personale della cellula staminale.

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La scoperta delle cellule staminali pluripotent incitate (iPS)

Esperimenti iniziali

Sebbene la scoperta reale delle cellule staminali pluripotent sia fatta nel 2006, parecchi studi hanno aperto la strada per questa innovazione. Sir John Gurdon ha dimostrato il primo esempio di riprogrammare quando ha generato i girini dalle celle unfertilized enucleated dell'uovo delle rane trapiantate con il nucleo dai somatociti epiteliali dei girini. Questo metodo - conosciuto come trasferimento nucleare del somatocita - è stato eseguito nel 1962 ed ha provocato l'idea di clonazione.

Sir Ian Wilmut ed i suoi colleghi ha usato il principio di trasferimento nucleare del somatocita nel carrello del clone le pecore trentacinque anni dopo gli esperimenti di sir John Gurdon. Questi due esperimenti hanno indicato che il nucleo dei somatociti differenziati contiene tutte le informazioni genetiche necessarie per creare un intero ` dell'organismo da zero'.

Le linee cellulari embrionali del gambo del mouse e le linee cellulari embrionali umane del gambo sono state create nel 1981 e 1998, rispettivamente. Queste linee cellulari sono state create dagli embrioni di pre-impianto ed hanno avute la tendenza a creare tutta la cella nell'organismo. In un'altra scoperta del punto di riferimento, Takashi Tada ed i suoi colleghi hanno mostrato riprogrammare dei somatociti fondendo i somatociti adulti con le cellule staminali embrionali, creante a sua volta le celle che potrebbero esprimere i geni in relazione con pluripotency nel 2001.

Cellule staminali pluripotent incitate

Tutte queste scoperte hanno aperto la strada per Shinya Yamanaka e Kazutoshi Takahashi quando hanno sviluppato le cellule staminali pluripotent in primo luogo incitate nel 2006. Hanno impiegato un metodo differente di riprogrammare dove hanno usato un retrovirus per consegnare quattro fattori di trascrizione riprogrammanti: la trascrizione factor-3/4 (3 /4 ottobre), Kruppel dell'Octamer-associazione gradisce Factor-4 (Klf4), sesso-determinando la Y-casella 2 (SOX2) di regione e il c-Myc. Questi quattro fattori egualmente sono chiamati fattori “di OSKM„. Lo stesso metodo è stato usato da Yamanaka ed il suo gruppo successivamente per sviluppare l'essere umano ha incitato le cellule staminali pluripotent (hiPSCs).

Produzione delle celle di IPS per uso nella ricerca e nella medicina

Armato dalla conoscenza degli studi precedenti che hanno dimostrato che le uova unfertilized e le cellule staminali embrionali contengono i fattori che possono concedere pluripotency ai somatociti, Yamanaka ed il suo gruppo hanno supposto che fattori che aiutano nel mantenimento dell'identità della cellula staminale embrionale può anche avere ruoli critici per indurre il pluripotency in somatociti.

I fattori di trascrizione - quali Oct3/4, Sox2 e Nanog - erano stati indicati per avere ruoli in pluripotency di mantenimento in embrioni in anticipo e cellule staminali embrionali. Inoltre, i geni quale Stat3, le ere, il c-Myc, Klf4 e il b-catenin erano stati indicati per essere a lungo termine mantenimento in questione del fenotipo embrionale della cellula staminale e proliferazione delle cellule staminali embrionali negli stati della cultura. Quindi, nel 2006 Yamanaka ed i suoi colleghi hanno selezionato questi fattori per verificare la loro efficacia nell'induzione del pluripotency in somatociti.

I geni selezionati ventiquattro del candidato sono stati analizzati in un'analisi dove l'induzione dello stato pluripotent è stata individuata come resistenza all'antibiotico G418 (un relativo antimicrobico di aminoglycoside al gentamycin). I geni del candidato sono stati presentati nei fibroblasti embrionali del mouse e le celle transduced sono state coltivate in celle di alimentatore tenute nel media della cellula staminale embrionale che contiene le alte concentrazioni dell'antibiotico suddetto.

In breve, la presenza di tutti e 24 i geni del candidato ha creato le colonie di resistenza a antibiotici. Queste colonie resistenti egualmente hanno posseduto i beni del tipo di cella del gambo embrionale, compreso la morfologia e le funzionalità di proliferazione. Ulteriore analisi ha rivelato che queste colonie egualmente harbored gli indicatori embrionali della cellula staminale, quali Oct3/4, Nanog, ere, Cripto, Dax1, Zfp296 e Fgf. Di conseguenza, questo esperimento ha rivelato quello combinarsi questa 24 candidati che i geni potrebbero indurre i geni embrionali dell'indicatore della cellula staminale.

Tuttavia, per studiare che di questi geni del candidato erano indispensabili per questo processo di conversione, il gruppo di ricerca ha osservato l'effetto di ritiro dei fattori diversi dal raggruppamento dei geni del candidato. Hanno scoperto che quello elimina quattro fattori - Oct3/4, Klf4, Sox2 e c-Myc - piombo a nessun colonie o alla piana, colonie del tipo di cella del gambo meno embrionale. Questi risultati indicano che i quattro fattori suddetti hanno un ruolo importante per generare le cellule staminali pluripotent incitate dai fibroblasti embrionali del mouse.

Che cosa sono i vantaggi e gli svantaggi delle celle di IPS?

Vantaggi

Le cellule staminali pluripotent incitate non sono derivate dalle cellule staminali embrionali e questa realizza una inversione le preoccupazioni etiche presenti nel campo per quanto riguarda l'utilizzazione delle cellule staminali embrionali. Come possono essere ottenute dai somatociti dello stesso donatore che riceverà il trapianto, le emissioni di istocompatibilità drasticamente sono diminuite.

Questo metodo ha contribuito a sviluppare la nostra comprensione per quanto riguarda “riprogrammare„ il trattamento e le informazioni sono trasferibili in vivo alle terapie puntate su riprogrammando le celle nocive o malate. Quindi, le droghe paziente-specifiche possono essere sviluppate per esaminarle senza mettere in pericolo altri animali. Ciò egualmente fornisce “un modello umano„ per l'esame dei candidati vari delle droghe, contrariamente ai modelli animali che necessitano più risorse e tempo e sono meno efficienti.

Svantaggi

Il punto principale è l'uso dei retroviruses generare i iPSCs poichè sono associati con cancro. Più specificamente, i retroviruses possono inserire il loro DNA dovunque nel genoma e successivamente avviare l'espressione genica cancerogena. Inoltre, come già accennato, il c-Myc (uno dei geni utilizzati nel riprogrammare) è un oncogene conosciuto e la sua sovraespressione può causare il cancro.

Inoltre, in cella di divisione sicura digita (quali PBMCs o i fibroblasti dell'interfaccia degli anziani) la tariffa riprogrammante dei somatociti ai iPSCs è molto basso (meno di 0.02%). C'è egualmente una necessità di valutare la qualità e la variabilità del trattamento riprogrammante. Per esempio, i iPSCs hanno spesso una tendenza completamente a non differenziarsi. Quindi, c'è una necessità di perseguire una valutazione quantitativa della qualità definitiva delle celle e dello schermo per tutte le alterazioni genetiche o epigenetiche durante il trattamento riprogrammante.

Gene-modificare CRISPR/Cas9 delle celle di IPS

Modificare del gene delle celle di IPS ha indicato il grande potenziale per l'esplorazione meccanismi molecolari/cellulari che sostengono le varie malattie neurodegenerative, immunologiche, ematologiche, metaboliche e cardiache. Attualmente, CRISPR/Cas9 sta utilizzando nella ricerca per generare i modelli di malattia e per riparare le funzioni normali delle celle. Ciò era una guida significativa agli scienziati per scoprire la causa genetica per una miriade delle circostanze.

CRISPR/Cas9 egualmente è stato usato alle varie mutazioni genetiche knockout, compreso DNMT3B (la causa della distrofia muscolare 2 tra l'altro), COL7A1 (bullosa distrofico di epidermolysis) e ABCA1 (carenza di HDL e malattia familiari di Tangeri).

In uno studio, gli scienziati hanno cancellato le ripetizioni di CGG conosciute per causare il sindrome dell'x fragile in gene FMR1, facente maturare la circostanza. Similmente, Kim et al. ha usato CRISPR per correggere una mutazione puntiforme in celle del iPSC derivate dai pazienti che hanno avuti una mutazione nel gene mutato Telangiectasia (ATM) di atassia.

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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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