單倍體胚胎干細(xì)胞的建立為遺傳篩選研究、制備基因編輯動(dòng)物模型提供了新的手段，是極具價(jià)值的遺傳學(xué)研究工具。然而，其在日常培養(yǎng)和分化過(guò)程中，常常會(huì)發(fā)生二倍化現(xiàn)象，嚴(yán)重影響其發(fā)揮“基因篩選利器”的功能。如何抑制二倍化，高效獲得單倍體胚胎干細(xì)胞成為干細(xì)胞研究界的重要課題。

　　日前，南開(kāi)大學(xué)藥物化學(xué)生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室?guī)涱I(lǐng)課題組發(fā)現(xiàn)，通過(guò)基因調(diào)控，抑制細(xì)胞凋亡可以減少小鼠單倍體胚胎干細(xì)胞在日常培養(yǎng)和分化過(guò)程中的二倍化現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)為獲取各種單倍體分化細(xì)胞提供了一種快速有效的策略，擴(kuò)大了單倍體細(xì)胞用于各個(gè)譜系遺傳學(xué)篩選的研究范圍。相關(guān)研究論文已在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《干細(xì)胞報(bào)道》。

　　單倍體更有利于探索新基因的未知功能

　　據(jù)介紹，真核生物的遺傳信息一半來(lái)自父本，一半來(lái)自母本。因此，在自然情況下，細(xì)胞中具有兩套染色體(即二倍體細(xì)胞)，這也是哺乳動(dòng)物傳遞遺傳信息的方式，并通過(guò)減數(shù)分裂來(lái)抵御環(huán)境變遷，保障物種繁衍。但是，對(duì)于遺傳學(xué)研究，尤其是隱性遺傳基因功能的探索，二倍體細(xì)胞往往由于存在等位基因而受限。

　　“兩套染色體相當(dāng)于‘雙保險(xiǎn)’，如果對(duì)其中一個(gè)基因進(jìn)行調(diào)控，由于存在對(duì)應(yīng)的等位基因‘備份’，使得被改變的基因不能立刻突顯功能。而只有一套染色體的單倍體細(xì)胞，沒(méi)有基因‘備份’，我們對(duì)任意基因的更改，都會(huì)直接帶來(lái)表型的改變。這對(duì)于我們探索生命現(xiàn)象、破解基因密碼十分有利�！睅涱I(lǐng)說(shuō)，這也是單倍體細(xì)胞被稱為“基因篩選利器”的主要原因。近10年來(lái)，其課題組研發(fā)出小鼠、大鼠、猴、人等多個(gè)物種的單倍體干細(xì)胞，引起了遺傳學(xué)篩選和藥物靶點(diǎn)分析等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，相關(guān)成果均發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊上。

　　由于具有純合子表型和干細(xì)胞多分化潛能等特征，單倍體干細(xì)胞可以快速地被應(yīng)用于探索新發(fā)現(xiàn)基因的未知功能。然而，這一類人造純合子的工具細(xì)胞，在日常培養(yǎng)或分化路徑中，傾向于自發(fā)二倍化，進(jìn)而喪失了單倍性基因組的優(yōu)勢(shì)。因此需要依靠費(fèi)時(shí)而復(fù)雜的分選方式去周期性富集單倍體細(xì)胞，從而大大局限了單倍體干細(xì)胞在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　“探究單倍體干細(xì)胞的二倍化機(jī)制，從根本上有效地維持單倍體干細(xì)胞的單倍性，對(duì)于推廣此類遺傳學(xué)篩選研究的工具細(xì)胞具有深遠(yuǎn)的意義。”帥領(lǐng)說(shuō)。

　　轉(zhuǎn)錄組測(cè)序發(fā)現(xiàn)維持單倍性的調(diào)控基因

　　帥領(lǐng)課題組研究發(fā)現(xiàn)，敲除基因組中的p53基因可以穩(wěn)定維持小鼠單倍體胚胎干細(xì)胞的單倍性。他們發(fā)現(xiàn)，p53敲除的小鼠單倍體干細(xì)胞在進(jìn)行體外分化時(shí)，可獲得單倍體純度極高的擬胚體、上胚層干細(xì)胞樣細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞樣細(xì)胞。而體內(nèi)分化實(shí)驗(yàn)證明，p53敲除的小鼠單倍體胚胎干細(xì)胞可以通過(guò)嵌合體實(shí)驗(yàn)進(jìn)入到第6.5天、第8.5天和第10.5天的胚胎組織后，仍然保持了很高的單倍體比例。另外，在畸胎瘤體內(nèi)分化實(shí)驗(yàn)中也能檢測(cè)到單倍體的體細(xì)胞。

　　為了探究p53敲除的小鼠單倍體胚胎干細(xì)胞穩(wěn)定維持單倍性的原因，研究人員通過(guò)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，p53敲除的小鼠單倍體胚胎干細(xì)胞中，凋亡基因的表達(dá)量出現(xiàn)了明顯下調(diào)，而p53相關(guān)的其他信號(hào)通路的基因表達(dá)水平卻沒(méi)有明顯差異。后續(xù)結(jié)果表明，凋亡基因p73的缺失也可以有效維持小鼠單倍體胚胎干細(xì)胞的單倍性。

　　“我們的研究證明了p53敲除主要通過(guò)抑制細(xì)胞凋亡來(lái)維持小鼠單倍體胚胎干細(xì)胞在日常傳代培養(yǎng)和體內(nèi)外分化過(guò)程中的單倍性。這不僅有助于快速高效獲取各種單倍體分化細(xì)胞，也擴(kuò)大了用單倍體細(xì)胞進(jìn)行遺傳學(xué)篩選的譜系范圍�！睅涱I(lǐng)說(shuō)。

　　陳曦