本基础研究项目属于生命科学中生物学的干细胞领域。干细胞是具有自我更新和分化能力的多潜能细胞。2007年诺贝尔生理或医学奖颁发给分离胚胎干细胞和基因打靶的工作,2012年则颁发给体细胞重编程的两个开拓性工作,其一是2006年发现的诱导多能干细胞(iPS)。由转录因子将体细胞诱导为iPS的分子机理,是干细胞领域关注的核心问题,是干细胞应用的关键基础。
项目紧密围绕iPS诱导机理这一关键问题,取得了一系列原创性的成果,构建了干细胞多能性重建启始阶段的理论框架,发展了高效、安全、快速的iPS诱导技术体系。项目主要内容及发现点如下:
1. 揭示形成iPS的重编程过程的启始机制。首次发现重编程因子协同作用,抑制Snail和Tgfb信号同时激活上皮细胞特征基因表达、启动间质-上皮转化过程(MET),从而启动体细胞重编程为iPS的过程。发现血清中常见生长因子TGF-β抑制MET而阻碍重编程,证明其小分子抑制剂及Smad7可有效提升重编程效率。提出了胞外培养环境(外因)显著影响iPS诱导的假说。该发现为改进iPS技术提供了理论依据。
2. 发现小RNA簇miR-302-367加速MET显著促进iPS诱导。发现基因组内存在的小RNA簇miR-302-367可取代诱导中的致癌因子c-Myc。小RNA用于iPS诱导为发展非病毒的技术提供了思路。
3. 完成单因子诱导成体细胞为iPS的技术突破。确定Klf4早期激活MET,使用BMP替代Klf4促进MET进行诱导,完成了Oct4单因子将普通体细胞诱导为iPS的重要突破。
以上工作紧密围绕重编程的启始机制,发现多个新的iPS诱导因子:Smad7、miR-302-367和BMP,阐明了MET、小RNA簇、Tgfb信号等在重编程中的调控。后续国际上大量关于iPS的研究被证实与MET直接相关,这一系列成果为前人所未发现的,具有重大科学价值,为干细胞的应用研究奠定了坚实基础。
项目在Cell Stem Cell、JBC、Cell Res、JMCB等杂志发表论文4篇。成果与“蛟龙号” “嫦娥二号”等成果入选 “2010年国内十大科技新闻”;论文1入选Cell Stem Cell杂志评选的年度文章之一,当期杂志配发《When Fibroblasts MET iPSCs》的点评文章;论文1、2入选中科院生物口“2008-2013年SCI第一作者论文被引用最多的前100篇论文”。总被SCI数据库论文他引达341次,并被国际干细胞领域著名科学家Rudolf Jaenisch和2012年诺贝尔生理和医学奖获得者Shinya Yamanaka等多次正面引用,得到国内外自然科学界的广泛承认。项目获中国发明专利授权3项,为干细胞技术的自主知识产权打下基础,有助于iPS在再生医学和药物筛选研发中的应用。