备课素材：诱导得到多能干细胞转录因子及生理作用-2022-2023学年高二下学期生物学选择性必修三

诱导得到多能干细胞转录因子及生理作用 先看一道试题： 以我国科学家为主的科研团队将OSNL(即4个基因Oct4/Sox2 /Nanog/Lin28A的缩写)导入黑羽鸡胚成纤维细胞(CEFs),诱导 其重编程为诱导多能干细胞(PS),再诱导PS分化为诱导原始生 殖细胞(iPGCs),然后将iPGCs注射到孵化2.5天的白羽鸡胚血管 中，最终获得具有黑羽鸡遗传特性的后代，实验流程如图。回答下列 问题。 (受体】 O5N人签商胚烧新第细酯 (CEF) 细酸重编程 诱导多能干细图 注射到受体 (iPs) 鸡胚血管中 诱导原殖胞 (iPGC) (1)CEFs是从孵化9天的黑羽鸡胚中分离获得的，为了获得单细胞 悬液，鸡胚组织剪碎后需用 处理。动物细胞培养通常需要在 合成培养基中添加 等天然成分，以满足细胞对某些细胞因子的 需求。 (2)体外获取OSNL的方法有 (答出1种即可)。若要在CEFs 中表达外源基因的蛋白，需构建基因表达载体，载体中除含有目的基 因和标记基因外，还须有启动子和 等。启动子是 识别和结 合的部位，有了它才能驱动 (3)iPS细胞和iPGCs细胞的形态、结构和功能不同的根本原因是」 (4)诱导iPS细胞的技术与体细胞核移植技术的主要区别是 (5)该实验流程中用到的生物技术有（答出2点即可）。 答案： (1)胰蛋白酶、胶原蛋白酶等动物血清 (2)基因文库中获取、PCR技术、人工化学合成法终止子RNA聚 合酶目的基因转录出mRNA,最终表达出所需要的蛋白质 (3)基因的选择性表达 (4)诱导PS细胞的技术是将已经分化的细胞诱导为类似胚胎干细 胞的一种细胞(iPS),再诱导iPS分化为诱导原始生殖细胞(iPGCs) 的技术，而细胞核移植技术是将动物的一个细胞的细胞核移入去核的 卵母细胞内，使这个重组的细胞发育为胚胎，继而发育为动物个体的 技术 (5)基因工程、动物细胞培养 这是O22年海南生物学高考试题，以鸡胚成纤维细胞(CEFs), 诱导其重编程为诱导多能干细胞(PS)为情景考查动物细胞工程。 那么，如何诱导多能干细胞？关键的四种因子作用是什么？ 2012年诺贝尔生理学或医学奖，英国发育生物学家戈登因和日 本京都大学山中伸弥获奖。戈登于1962年通过实验把蝌蚪的分化细 胞的细胞核移植进入卵母细胞质中，并培育出成体青蛙。这一实验首 次证实分化了的细胞基因组是可以逆转变化的，具有划时代的意义。 2006年山中伸弥等科学家把4个关键基因通过逆转录病毒载体转入 小鼠的成纤维细胞，使其变成多功能干细胞。这意味着未成熟的细胞 能够发展成所有类型的细胞，两位诺贝尔奖获得者分别采用了两种不 同的“细胞核重编程”办法。戈登开创了通过“体细胞核移植”来进 行“细胞核重编程”的方法，山中伸弥通过一些遗传学手段，用四个 特定的基因就能够将小鼠成熟的体细胞诱导成具有干细胞特性的细 胞，开创了“直接重编程”这一“细胞核重编程”方法，而采用这种 办法得到的干细胞也称作“诱导多功能干细胞”。 两者的研究有一定的关联，具体的研究历程可以参考文章后的链 接：诱导性多能干细胞(PS)的研究过程、产生的简单过程和形成 机理。下面主是谈一谈，山中伸弥如何用4种转录因子诱导成纤维细 胞转变为多能干细胞(iPS)。 诱导性多能干细胞最初是日本科学家山中伸弥于2006年利用病 毒载体将四个转录因子(Oct3/4、Sox2、c-MyC和K1f4)的组合转入 小鼠胚胎或皮肤纤维母细胞，发现可诱导其发生转化，产生的is细 胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类 胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等都与胚胎干细胞极性极为相似。 简单的操作过程： (1)分离和培养小鼠成纤维细胞（宿主细胞）。 (2)通过病毒介导将若干多个多能性相关的基因(0ct3/4、Sox2、 cMyc和K1f4四种转录因子基因)导入小鼠成纤维细胞。 (3)将病毒感染后的细胞种植于饲养层细胞上，并于ES细胞专用培 养体系中培养，同时在培养中根据需要加入相应的小分子物质以促进 重编程。 加入诱导因子 培养已经表达外 (如外潭蒸因) 源蒸因的领老 ③ ① ④一部分体维 收集和 被诱导为多功 培养体 能干烟胞 锤胞 上述转录因子的作用还有待进一步的研究，OCt3/4是属于POU 结构转录因子家族因子，0ct3/4基因表达于人的胚胎干细胞和生殖 细胞，但是不表达于所有分化的体细胞。 S0x转录因子是胚胎发育和细胞重编程过程中确定细胞命运的重 要调控因子，它在多能干细胞和神经干细胞的更新和分化等过程中发 挥了重要作用。 K1f4属于大量存在人体各个组织转录因子，参与细胞增殖分化 胚胎发育等多个生命周期。K1f4通过激活或抑制目标基因的转录来 调控目标基因在细胞和组织中的表达，以及与细胞时相相关的动态