终末分化的体细胞可以通过SCNT或者诱导性多能干细胞(iPS)技术,重编程至全/多能性的状态。与SCNT和iPS技术相比,化学小分子诱(CiPS)仅使用化学小分子就能使普通体细胞发生重编程,逆转为多潜能干细胞。CiPS技术不仅简单,而且不受试验材料限制及不涉及伦理方面的问题,因此CiPS具有更广泛的科研、临床及育种应用价值。然而,CiPS的诱导耗时长且效率低,如何提高CiPS的诱导效率,是化学诱导细胞重编程领域亟待解决的问题之一。
该研究针对哺乳动物SCNT和CiPS介导的体细胞重编程效率低与克隆动物出生率低等关键科学问题,利用课题组在2018年自主研发的“胚胎ZGA实时监测系统”,结合siRNA-repressor和mRNA-inducer技术,对16种“合子基因组调控因子(ZGA-regulator)”进行筛选。
科研团队发现,Dux在体细胞重编程的早期阶段发挥关键作用。如用CRISPR-Cas9敲除Dux,克隆胚胎将完全被阻断在2-细胞时期。只有在瞬间过表达Dux(tOE-Dux),使其符合内源Dux时空特性时,才能提高核移植重编程效率,研究人员将这种方法称为D-SCNT。此外,D-SCNT结合干扰DNA甲基化酶(si-Dnmts)能够进一步提高克隆动物的出生率。研究还发现,特异性过表达Dux可以显著提高CiPS的细胞重编程效率和提高干细胞的多能性,并对相关机制做了阐释。该研究首次揭示ZGA调控因子Dux在体细胞重编程中的作用机制,为干细胞的再生医学与生物工程应用提供了新的途径。
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