多潛能干細(xì)胞具有無(wú)限的自我更新能力和分化能力，具有可產(chǎn)生機(jī)體所有細(xì)胞類(lèi)型的潛能，其在疾病模型、藥物篩選和細(xì)胞治療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，但如何在體外誘導(dǎo)獲得多潛能干細(xì)胞一直是生命科學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。
2018年06月21日，博奧晶典聯(lián)合北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心鄧宏魁研究組和李程研究組研究小分子化合物誘導(dǎo)體細(xì)胞重編程的結(jié)果榮登國(guó)際干細(xì)胞領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Cell Stem Cell》(IF：23.394)，回答了多能性調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是如何逐步建立等重要科學(xué)問(wèn)題，并進(jìn)一步優(yōu)化小分子誘導(dǎo)方法，顯著加快體細(xì)胞重編程進(jìn)程。
小分子化合物重編程為探索導(dǎo)致體細(xì)胞多能性的分子動(dòng)力學(xué)提供了一個(gè)強(qiáng)有力的平臺(tái)。雖然之前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在化學(xué)重編程的過(guò)程中有一個(gè)類(lèi)似胚胎早期發(fā)育中胚外內(nèi)胚層（XEN）樣狀態(tài)，但是體細(xì)胞多能性獲取的分子基礎(chǔ)很大程度仍然尚未定義。
本研究利用10X Genomics單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)分析小分子化合物重編程過(guò)程中的36,199個(gè)單細(xì)胞，高分辨率地解析了體細(xì)胞重編程全過(guò)程的基因表達(dá)譜，結(jié)合生物信息學(xué)方法，對(duì)早期胚胎細(xì)胞群體進(jìn)行細(xì)胞重編程軌跡構(gòu)建（圖1）。并且通過(guò)識(shí)別相關(guān)的分子事件，揭示了早期胚胎動(dòng)態(tài)重編程過(guò)程，鑒定到從XEN-like重編程到多能性狀態(tài)的的關(guān)鍵因素，包括伴隨的兩細(xì)胞（2C）胚胎樣轉(zhuǎn)錄特征、早期多能性程序的轉(zhuǎn)錄特征和顯著的基因組DNA去甲基化的表觀遺傳學(xué)標(biāo)簽。
圖1.大規(guī)模單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序構(gòu)建早期胚胎重編程過(guò)程的動(dòng)態(tài)圖譜
并且進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在XEN-like細(xì)胞向CiPS細(xì)胞轉(zhuǎn)變過(guò)程中，存在一群表達(dá)譜上高度類(lèi)似胚胎發(fā)育早期二細(xì)胞期的細(xì)胞群，并命名為Ci2C-like（chemically induced two-cell embryo-like）細(xì)胞。進(jìn)一步全基因組甲基化測(cè)序發(fā)現(xiàn)Ci2C-like細(xì)胞的DNA甲基化修飾被顯著擦除，從表觀遺傳的角度證明了Ci2C-like細(xì)胞群體與二細(xì)胞胚胎的高度相似性；更重要的是，Ci2C-like相關(guān)基因在重編程后期發(fā)揮的關(guān)鍵正向作用（圖2）。
圖2.小分子誘導(dǎo)體細(xì)胞重編程的分子路徑和細(xì)胞動(dòng)態(tài)變化過(guò)程
在此基礎(chǔ)上，通過(guò)改進(jìn)小分子的處理方式，促進(jìn)Ci2C-like相關(guān)基因的激活，從而大大加速了重編程進(jìn)程，使化學(xué)重編程的誘導(dǎo)周期從40天縮短至16天（不傳代誘導(dǎo)）。該研究首次在單細(xì)胞水平描繪了小分子誘導(dǎo)體細(xì)胞重編程過(guò)程的具體分子路徑，闡明了XEN-like細(xì)胞向CiPS細(xì)胞轉(zhuǎn)變的具體分子機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了Ci2C-like細(xì)胞在多能性獲得中的關(guān)鍵作用，并進(jìn)一步優(yōu)化了重編程體系（圖3）。
圖3.大規(guī)模單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序發(fā)現(xiàn)小分子誘導(dǎo)重編程過(guò)程中的兩個(gè)關(guān)鍵中間狀態(tài)（XEN-like、Ci2C-like），化學(xué)重編程的誘導(dǎo)周期從40天縮短至16天
該研究結(jié)果提供了更加簡(jiǎn)單和安全有效的方式來(lái)重新賦予成體細(xì)胞 “多潛能性”，開(kāi)辟了一條新的途徑實(shí)現(xiàn)體細(xì)胞重編程，為未來(lái)細(xì)胞治療及人造器官提供了理想的細(xì)胞來(lái)源，給未來(lái)應(yīng)用再生醫(yī)學(xué)治療重大疾病帶來(lái)了新的可能。
該文章通訊作者鄧宏魁教授
“2018單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)應(yīng)用研討會(huì)”做現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告
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10X Genomics 單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序平臺(tái)簡(jiǎn)介
此外，還在大規(guī)模單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的數(shù)據(jù)挖掘上開(kāi)發(fā)了很多新的流程，從樣品制備到數(shù)據(jù)挖掘，為單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序研究提供一站式服務(wù)。博奧晶典支持10X Genomics單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序國(guó)內(nèi)首篇科研論文發(fā)表在《PNAS》，并且目前為止該平臺(tái)國(guó)內(nèi)最高分科研論文發(fā)表在國(guó)際干細(xì)胞領(lǐng)域頂級(jí)期刊《CellStem Cell》。
博奧晶典致力于大規(guī)模單細(xì)胞測(cè)序產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和打磨，目前可開(kāi)展如下單細(xì)胞測(cè)序產(chǎn)品的服務(wù)。
[1]Ting Zhao, Yao Fu, Jialiang Zhu, ...,JunQuan Xu, Chao Tang, Cheng Li, Hongkui Deng et al, Single-Cell RNA-Seq Reveals Dynamic Early Embryonic-like Programs during Chemical Reprogramming .(2018.6). Cell stem cell 23, 1–15.
