日本发现Tbx6基因,开发成功新型心肌生成技术

生命科学 2018年08月30日
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日本筑波大学医学医疗系、庆应义塾大学医学部及日本产业技术综合研究所组成的研发小组发现,只需注入Tbx6基因,就能从成纤维细胞(fibroblast)以及小鼠和人类的多能干细胞直接诱分化心脏中胚层细胞。

目前,从多能干细胞诱导分化成心肌细胞的常用方法是,首先利用多种体液因子诱导心脏干细胞,即心脏中胚层细胞,然后再诱导生成心肌细胞。但这种方法有以下3个问题:1)诱导过程复杂、2)诱导效率不稳定、3)体液因子价格昂贵。作为新的心脏再生方法,有研究人员提出了在心脏中心肌以外的心脏成纤维细胞中注入心肌诱导基因,直接在小鼠体内生成心肌细胞的方法,但存在无法生成心肌以外的血管细胞等课题,而且生成的心肌细胞无法增殖。

在此次研究中,研发小组发现了从成纤维细胞直接诱导心脏中胚层细胞的基因Tbx6。把Tbx6注入到小鼠ES细胞(胚胎干细胞)以及人iPS细胞(诱导性多能干细胞)等多能干细胞中后,生成了不使用体液因子即可高效增殖的心脏中胚层细胞,并成功诱导为心肌细胞和血管细胞。经研究确认,Tbx6是通过临时增加对心脏发育至关重要的Mesp1和BMP4基因表达来诱导心肌细胞的。此外还发现,通过调节Tbx6的表达周期,还能同样诱导从中胚层分化而来的骨骼肌和软骨细胞,而且不仅限于心脏,Tbx6还是控制多能干细胞的整体中胚层分化的重要因子。

此次研究开发了新的心肌和血管细胞生成方法,通过注入Tbx6,无需使用体液因子。由于这种新方法不使用昂贵的体液因子,预计能将心肌诱导法的成本削减约80%,为再生医疗和心肌细胞生成做出巨大贡献。尤其是在药剂开发的筛选中,低成本的人类心肌细胞生成方法备受期待。今后,为了推进可用于新药开发和心脏毒性筛查的心肌细胞培养套装的实用化,将利用此次开发的通过Tbx6基因从小鼠和人类多能干细胞中诱导心肌细胞的方法继续开展研究。如果能通过这些研究,以低成本实现稳定的人类心肌细胞供应,将向心脏再生医疗的实现迈出一大步。 

相关论文已发表在2018年8月10日的《Cell Stem Cell》上。

利用Tbx6从成纤维细胞诱导的心脏中胚层细胞

图1:利用Tbx6从成纤维细胞诱导的心脏中胚层细胞 利用Tbx6基因,从小鼠成纤维细胞诱导了Mesp1阳性的心脏中胚层细胞(表达绿色荧光蛋白,用蓝色为细胞核染色)。比例尺为100μm

利用Tbx6从小鼠ES细胞诱导的心肌细胞

图2:利用Tbx6从小鼠ES细胞诱导的心肌细胞

利用Tbx6基因从小鼠ES细胞诱导为心肌细胞(用绿色为心肌结构蛋白肌钙蛋白T染色,用蓝色为细胞核染色)。在高倍放大图(右上)中可以看到心肌横纹结构。比例尺为100μm

Tbx6控制来自干细胞的中胚层和心肌诱导

图3:Tbx6控制来自干细胞的中胚层和心肌诱导

通过Tbx6表达从多能干细胞诱导心脏中胚层。诱导后如果Tbx6表达消失,心脏中胚层分化为心血管细胞,如果表达持续,则诱导轴旁中胚层,分化为肌肉骨骼细胞。

文 客观日本编辑部

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