DNA适体在调节细胞分化中的新应用

　　从诱导多能干细胞和胚胎干细胞中产生特定的细胞系是再生医学的圣杯。将iPSCs引导到目标细胞系已经引起了很多关注，但这一过程仍然具有挑战性。现在，来自日本的研究人员发现，一种抗核蛋白DNA适体iSN04可以在分化过程中决定细胞的谱系。通过展示小鼠多能干细胞产生心肌细胞，他们的概念显示了作为再生疗法的希望。

　　

自我更新和多能性(形成任何细胞谱系的能力)是诱导多能干细胞(iPSCs)的固有特征。此外，它们在针对心血管、神经和代谢疾病的再生治疗中具有很高的价值，因为它们在免疫上适合移植回供体。不幸的是，再生医学在实验室环境之外还不可行，因为产生靶细胞的现有方案既复杂又昂贵。这就提出了一个相关的问题:在临床环境和规模上调节干细胞的命运是否更经济?

来自日本信州大学、国家先进工业科学技术研究所和日本静冈大学的一组研究人员开始利用核酸适体来解决这个问题。适配体是与靶蛋白结合的单链DNA片段，当干细胞致力于特定的功能作用或表型时，能够在细胞分化过程中调节信号级联反应。它们在再生医学中很有前景，因为它们易于修饰，可以经济地合成，并且适合长期储存。

由日本信州大学农业与生命科学系副教授Tomohide Takaya领导的研究小组最近发现，一种抗核蛋白适体，肌发生寡脱氧核苷酸iSN04，可以诱导胚胎干细胞(ESCs)的心肌分化。该研究由Takaya博士实验室的研究生Mina Ishioka领导，并于2023年9月21日发表在《国际分子科学杂志》上。

“我们之前发现iSN04促进了肌原性前体细胞(成肌细胞)分化为骨骼肌细胞，并假设适配体也促进了多能干细胞的分化。我们对使用iSN04促进iPSC分化为心肌细胞的前景很感兴趣，因为这可能导致心脏组织再生，”Takaya博士详细阐述了该团队进行这项研究的动机。

通过RNA测序、细胞染色和成像、分子相互作用和途径分析等多种方法，研究人员研究了iSN04对小鼠ESCs和iPSCs的影响。分化条件下的iSN04处理抑制了干细胞对心脏谱系的承诺。然而，当这些多能干细胞在经历分化条件5天后进行处理时，特定标记基因被上调，细胞致力于形成跳动的心肌细胞。

当被问及这项工作的意义时，Takaya博士解释说:“我们的报告是第一份证实DNA适体允许心肌细胞从iPSCs发育的报告。我们发现了核蛋白干扰iSN04的两种机制，即早期治疗抑制心肌生成，而后期治疗增强心脏祖细胞的生成。首先，iSN04调控核蛋白在细胞质、质膜和细胞核之间的易位。其次，它导致控制细胞分化的Wnt信号通路的调节。”

免疫染色实验显示，iSN04处理后核仁中保留了核蛋白。核仁核蛋白在染色质重塑和基因转录中发挥作用，有趣的是，在iSN04抑制后的RNA-seq数据中，Wnt通路基因出现了差异表达。研究小组假设isn04锚定的核蛋白改变了基因表达和Wnt信号传导。最终，终细胞分化为心肌细胞谱系。

从长远来看，这些发现将如何影响再生医学和患者的生活?Takaya博士对他们的研究提供了更广泛的见解。“我们相信，在再生医学中评估DNA适体的进一步研究是有充分理由的。适配体具有成本效益，并为从患者干细胞中产生特定细胞提供了可能。但这并没有结束!由于适体可以调节干细胞的命运，它们可以作为许多与干细胞功能障碍相关的疾病的治疗剂，”他总结道。

Mina Ishioka, Yuma Nihashi, Yoichi Sunagawa, Koji Umezawa, Takeshi Shimosato, Hiroshi Kagami, Tatsuya Morimoto, Tomohide Takaya. Myogenetic Oligodeoxynucleotide Induces Myocardial Differentiation of Murine Pluripotent Stem Cells. International Journal of Molecular Sciences, 2023; 24 (18): 14380