Utilisant CRISPR pour produire les cellules souche induites de Pluripotent

Thought LeadersDr. Sheng DingSenior Investigator, Gladstone InstitutesProfessor of Pharmaceutical Chemistry, UCSFAn interview with Dr. Sheng Ding, PhD, conducted by Kate Anderton, BSc

Comment les cellules souche pluripotent induites diffèrent-elles des cellules souche embryonnaires ? Quelles méthodologies ont été employées pour produire les cellules souche pluripotent induites dans le passé ?

En termes de potentiel de fonctionnement de cellules ou de cellules, les cellules souche pluripotent induites sont identiques aux cellules souche embryonnaires. C'est réellement l'objectif d'effectuer les cellules souche pluripotent induites.

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Les propriétés moléculaires et fonctionnelles des cellules souche pluripotent induites sont identiques aux cellules souche embryonnaires, mais des cellules souche pluripotent induites sont dérivées des cellules somatiques.

Ces cellules somatiques peuvent être isolées dans les tissus adultes tels que la peau, le sang ou n'importe quel autre tissu facilement accessible, mais des cellules souche embryonnaires peuvent seulement être dérivées d'un embryon à une étape spécifique à l'étude ; la soi-disant étape de blastocyste.

L'utilisation des cellules embryonnaires est controversée, car l'embryon est type détruit afin d'isoler les cellules souche. C'est pourquoi la cellule souche pluripotent induite sont devenues la source unique des cellules souche pour beaucoup de chercheurs. Ils ont les mêmes propriétés moléculaires et fonctionnelles mais diffèrent des cellules souche embryonnaires par leur source.

Quels défis les scientifiques relèvent-ils quand il s'agit de fonctionner avec des cellules souche ? Pourquoi est-il important que des méthodes neuves soient développées ?

Des cellules souche pluripotent induites ont été produites la première fois par overexpressing quatre facteurs de transcription dans la cellule somatique. Ces facteurs de transcription sont exogènement fournis dans la cellule somatique, où ils reprogramment la cellule pour aller bien à une cellule souche pluripotent.

C'était la méthode originelle développée par Yamanaka et son équipe, qui ont gagné un prix Nobel il y a quelques années. C'est une technique très puissante qui est actuel employée pour produire des cellules souche pluripotent induites pour un large éventail d'applications.

Cependant, avoir une méthode différente pour produire des cellules souche pluripotent induites peut offrir des avantages neufs. C'est pourquoi, depuis la découverte originelle des cellules souche pluripotent induites au-dessus il y a d'une décennie, les chercheurs dans le domaine de cellule souche avaient essayé de recenser et travailler à développer des méthodes neuves pour produire du même type de cellules.

Je pense que cela vaut pour n'importe quelle technologie neuve, n'importe quelle technologie donnée aura certaines limitations et les gens voudront certainement toujours améliorer ou recenser des méthodes neuves pour effectuer le même produit ou le même matériau. Dans ce cas, les gens essayent d'effectuer le même type des cellules.

Avoir une méthode différente peut adresser certaines limitations liées aux méthodes précédentes et peut offrir certains avantages en termes d'applications thérapeutiques ou même non-thérapeutiques.

Veuillez donner votre recherche récente faisant participer des cellules souche.

Notre dernière découverte impliquée remodelant le système CRISPR-Cas9 et l'employant pour produire les cellules souche pluripotent induites.

Comme vous pouvez le constater, CRISPR a été initialement conçu pour éditer un gène ou une séquence d'ADN spécifique.

Pour ceci, le système de CRISPR a deux composantes importantes. Un est ARN d'un guide, qui est employé pour localiser une séquence spécifique dans le génome, et l'autre est une enzyme employée pour couper la région d'objectif de l'ADN.

Dans nos expériences, nous avons mis à jour le fonctionnement de localisation de génome de Cas9, ou de CRISPR, mais avons inactivé le fonctionnement de coupe d'ADN. Sur cela, nous avons protégé par fusible un facteur transcriptionnel d'activation avec la protéine Cas9 de sorte que nous ayons pu activer la transcription à un emplacement génomique spécifique.

Ceci a signifié qu'au lieu d'introduire les quatre facteurs de reprogrammation dans la cellule somatique, nous avions l'habitude le système d'activation de CRISPR pour activer la transcription à un lieu spécifique afin d'induire la reprogrammation dans un phénotype de cellule souche.

Pourquoi employant CRISPR dans la recherche de cellule souche est-il un tel avancement ?

Notre étude a produit d'un certain nombre de découvertes ou d'avances neuves. Premièrement, nous avions l'habitude CRISPR pour induire l'activation transcriptionnelle à un emplacement génomique spécifique. C'est principalement différent de fournir les facteurs de reprogrammation dans la cellule.

Si cette méthodologie neuve fonctionnerait même et ce qui le mécanisme fondamental de cette méthodologie neuve était précédemment inconnu. Ainsi, nous nous sommes mis la première fois à évaluer si c'était même possible et ce qui serait le mécanisme derrière ce procédé principalement différent.

C'est un tri de la conclusion, une avancée majeure dans notre étude. Nous prouvés qu'il était possible d'employer CRISPR pour reprogrammer des cellules somatiques et a commencé à définir la méthodologie derrière ce procédé.

Deuxièmement, cette méthodologie peut offrir un profil de sécurité différent pour produire les cellules souche pluripotent induites, qui aborde des préoccupations précédentes liées au pouvoir carcinogène d'introduire des facteurs de reprogrammation exogènement.

Pour finir, cette méthode peut s'adapter plus facilement ou promptement pour la reprogrammation génétique in vivo, où vous pouvez utiliser un système de distribution de gène unique pour réaliser l'activation des familles multigéniques.

Les gènes employés pour reprogrammer une cellule suivre la méthode traditionnelle peuvent être tout à fait grands, signifiant que l'utilisation d'un vecteur unique est impossible. Un vecteur unique ne peut pas entourer chacun des quatre gènes ou ne peut pas exprimer chacun des quatre gènes en cellule.

Au lieu d'introduire des gènes, le système de CRISPR emploie une région beaucoup plus courte d'ARN de guide pour localiser et activer la transcription des gènes cibles. Vous pouvez facilement faciliter cinq, dix gènes ou plus dans un vecteur unique. C'est une différence technique importante avec ce système.

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Quelles sont les limitations d'employer CRISPR pour produire les cellules souche pluripotent induites ?

Une limitation de produire des cellules souche pluripotent induites suivre la méthode originelle était le profil de sécurité des cellules.

L'approche traditionnelle de la reprogrammation somatique, où les quatre gènes sont exogènement livrés dans une cellule différenciée peut produire des cellules tumorigènes. Elle est vraisemblablement due à la persistance des gènes étrangers dans la cellule souche pluripotent induite.

En outre, la reprogrammation suivre la méthode originelle peut être inachevée, laissant à une certaine cellule somatique la mémoire épigénétique. C'est réellement une édition de reprogrammation de rendement.

Le mécanisme que nous avons utilisé dans notre dernière étude était très différent. Nous sommes toujours en cours de caractériser la sécurité et le rendement des cellules produites utilisant cette version modifiée du système de CRISPR. Compte tenu du fait que notre méthode n'introduit pas ces gènes de reprogrammation étrangers, nous activons les gènes plutôt que fournissant à la cellule une copie supplémentaire ou des copies multiples des gènes étrangers.

Ceci signifie que nous n'avons pas les mêmes préoccupations de sécurité qu'avant, car nous ne fournissons pas à des cellules des facteurs de reprogrammation oncogènes étrangers. Au lieu de cela, nous activons la transcription des gènes qui sont déjà présents dans la cellule.

Nous restons pour caractériser complet les propriétés des cellules souche pluripotent induites produites de cette façon. Chaque approche aura son propre pour - et - le contre, mais avoir une méthodologie différente sera tout à fait utile en termes de surmonter des limitations précédentes.

Est-ce qu'à l'avenir, vous pensez-vous les cellules souche pluripotent induites serez par habitude employé dans la recherche et la demande de règlement ?

Des cellules souche pluripotent induites (iPSCs) déjà sont par habitude employées dans différentes applications à la recherche. Actuel, des types iPSC-dérivés de cellules sont vérifiés dans une gamme des études cliniques, ainsi les méthodes neuves ou avancé dans le domaine tiendront compte d'un numéro encore plus grand des applications, en recherche et thérapeutique.

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Quelles applications y a-t-il pour les cellules souche pluripotent induites dans la recherche et la demande de règlement ? Quelles options fournira-t-il aux patients ?

Les demandes principales des cellules souche pluripotent induites (iPSCs) sont doubles. On emploie les cellules souche pluripotent induites pour développer les systèmes modèles des maladies humaines, qui peuvent être employées pour comprendre mieux les maladies humaines et pour développer des demandes de règlement neuves.

Des cellules souche pluripotent induites ne peuvent pas être employées car il est de traiter la maladie humaine. Elles doivent être différenciées dans les types spécifiques de cellules à employer pour le traitement.

Un tellement autre avantage emploie les iPSCs qui ont été différenciés dans des types de cellules de tissu-détail pour traiter les maladies ou des blessures où ces la cellule de tissu-détail saisit le notre propres fuselages ont été détruites. Par exemple, les gens examinent déjà les cellules cellule-dérivées par cheminée pluripotent pour traiter les maladies de l'oeil, pancréas.

Un exemple où des iPSCs peuvent être employés à l'avenir est un essai qui emploie actuel les cellules souche dérivées par cellule souche embryonnaire pour développer des cellules bêtas pour la demande de règlement du diabète de type I. De nouveau, parce que les iPSCs sont identiques aux cellules souche embryonnaires en termes de propriétés moléculaires et fonctionnelles, il est concevable que la cellule bêta pancréatique iPSC-dérivée pourrait être employée au lieu.

Plusieurs compagnies préparent l'un ou l'autre de cellules souche embryonnaires ou de neurones iPSC-dérivés de dopamine pour des cellules de maladie de Parkinson et de muscle cardiaque pour l'insuffisance cardiaque.

Que pensez-vous les futures prises pour la recherche de cellule souche ?

Je pense que nous sommes toujours à un joli stade précoce dans la recherche de cellule souche. Les avancées majeures signifient au cours de la dernière décennie que nous pouvons maintenant développer nos propres cellules souche pluripotent bien promptement, et différencient ces cellules dans un grand choix de types de tissu et de cellules d'organe-détail.

Nous pouvons même employer nos approches de bureau d'études pour construire les tissus spécifiques et les organes, nous permettant de développer bien mieux une compréhension des maladies humaines utilisant des modèles de cellule souche. En outre, comme j'ai mentionné précédemment, nous voyons maintenant que certains de ces types spécifiques dérivés par cellule souche de cellules écrivent des études cliniques.

Pendant les 10 à 20 années suivantes, nous verrons certainement une décomposition de différentes demandes des cellules souche dans la recherche et dans le traitement. Je suis plein d'espoir que le médicament régénérateur utilisant les types différenciés de cellules dérivés des cellules souche pluripotent induites sera employé pour traiter beaucoup de différentes maladies et blessures.

Où peuvent les lecteurs trouver plus d'informations ?

Au sujet de M. Sheng Ding

M. Ding est un chercheur supérieur à l'institut de malle de la maladie cardio-vasculaire et du professeur dans le service de la chimie pharmaceutique à l'Université de Californie San Francisco (UCSF).

M. Ding a frayé un chemin le développement et l'application du produit chimique novateur s'approche à la biologie et à la régénération de cellule souche. Son travail s'est concentré sur découvrir et caractériser les petites molécules nouvelles qui peuvent régler des destins variés de cellules et fonctionnent, y compris la maintenance de cellule souche, l'activation, la différenciation et la reprogrammation dans stades de développement variés et tissus.

M. Ding est un membre de plusieurs groupes professionnels, y compris la société chimique américaine, la société américaine pour la biologie cellulaire et la société internationale pour la recherche de cellule souche. Il a reçu un grand choix d'honneurs, y compris être nommé une des cinq personnes principales de 2009 par le scientifique.