#小柯機器人# 【周斌/何奔合作建立譜系示蹤新技術發現成體脂肪幹細胞】
北京時間2021年2月10日凌晨,國際學術期刊《細胞—幹細胞》在線發表了中國科學院分子細胞科學卓越創新中心周斌團隊與上海市胸科醫院何奔團隊題為「A Suite of New Dre-recombinase Drivers Markedly Expands the Ability to Perform Intersectional Genetic Targeting」的研究論文。傳送門:http://t.cn/A6t4hJoB

在該研究中,他們構建了多種基於Cre-loxP和Dre-rox雙同源重組酶系統的遺傳工具小鼠,設計了多種遺傳示蹤和靶向操作的新策略,不僅實現了更為精準地遺傳譜系示蹤和遺傳靶向操作,還極大的拓寬了遺傳示蹤和靶向操作技術使用範圍。

利用新的遺傳工具和策略,他們首先對脂肪組織進行了深入系統的研究,發現了成體脂肪幹細胞。該研究創建的遺傳新工具和策略適用於多種組織器官的發育、疾病和再生等研究,為深入了解器官發育,組織穩態和再生過程中細胞起源及命運調控機制提供了更多更強大的遺傳工具。

近年來,全球肥胖人數日益增多,肥胖已成為世界性的公共衛生問題,它給人類帶來的影響不僅是外貌體態的改變,更重要的是肥胖所引起的一系列疾病,如高血壓、心腦血管疾病、糖尿病乃至惡性腫瘤等,嚴重威脅人們的健康。脂肪細胞數量增加和體積增大是肥胖最主要的特徵。哺乳動物的脂肪細胞主要分為兩種:一種是儲存脂質的白色脂肪細胞,它包含一個佔據大部分細胞體積的單個大脂質囊泡和少量的線粒體;另一種是燃燒脂質產生熱量的褐色脂肪細胞,細胞內含有一些分散的小脂滴和大量的線粒體。肥胖主要是由於白色脂肪細胞的大量堆積,目前,在成體組織穩態和應激條件下,新生白色脂肪細胞的來源並不完全清楚。

近十年來有大量研究結果表明,成體白色脂肪細胞的生成是在脂肪組織的血管壁附近進行的。血管壁從內到外主要由三層細胞構成:血管內皮細胞、血管壁細胞(包括周細胞和平滑肌細胞)和成纖維細胞。2008年,Jonathan M. Graff研究組在Science報道了脂肪幹細胞主要來源於血管壁上的周細胞,並利用譜系示蹤技術發現PDGFRb+血管周細胞可以在正常生理條件下產生新的脂肪細胞。隨後,Rana K. Gupta研究組證實了PDGFRb+的血管周細胞可以在應激條件下轉分化為脂肪細胞。然而,在2017年,Sylvia M. Evans研究組利用基於Tbx18的遺傳工具對血管周細胞做了更為詳盡的細胞譜系示蹤工作,他們的研究結果否定了血管周細胞是脂肪幹細胞的結論。

為解決以上科學爭議,中科院分子細胞卓越中心博士研究生韓溪檬、張震芊、朱歡以及副研究員何靈娟(現為西湖大學研究員)在周斌研究員和何奔研究員的共同指導下,合作創建了多種新的Dre和Cre工具小鼠,並結合Cre-loxP和Dre-rox雙同源重組酶系統,對脂肪組織中PDGFRb+的細胞和PDGFRa+的細胞進行遺傳譜系示蹤,結果發現了一個既表達PDGFRa又表達PDGFRb的細胞亞群。

利用雙同源重組的譜系示蹤技術,他們實現了將PDGFRa單陽性細胞、PDGFRb單陽性細胞和PDGFRa/PDGFRb雙陽性細胞在一個小鼠體內同時進行特異性標記。在冷刺激環境下,發現只有PDGFRa單陽性細胞和PDGFRa/PDGFRb雙陽性細胞才會轉分化形成脂肪細胞,並揭示PDGFRa/PDGFRb雙陽性細胞群具有更強的產生新脂肪細胞的能力,該研究首次發現了PDGFRa/PDGFRb雙陽性細胞是成體脂肪幹細胞 (圖1)。

進一步對小鼠脂肪組織進行單細胞轉錄組測序發現,PDGFRa單陽性細胞亞群和PDGFRa/PDGFRb雙陽性細胞亞群在基因表達水平上是具有顯著差異的(圖2)。PDGFRa/PDGFRb雙陽性細胞亞群會高表達Cxcl14, Steap4和Col15a1等基因,而PDGFRa單陽性細胞亞群則高表達Pi16, Sbsn和Dpp4等基因。同時發現PDGFRa/PDGFRb雙陽性細胞亞群中的上調基因與細胞外組織結構、血管發育、對傷口的應激以及脂肪細胞分化等信號調控等相關。

迄今為止,由於遺傳工具小鼠的局限性,缺乏特異性靶向白色脂肪細胞和特異性靶向淋巴管內皮細胞的遺傳工具。現有的脂肪細胞Cre工具小鼠會同時靶向白色脂肪細胞和褐色脂肪細胞,而現有的淋巴管內皮細胞Cre的工具小鼠,例如Prox1-Cre在靶向淋巴管內皮細胞的同時也會靶向心肌細胞、肝細胞和神經細胞等其它類型細胞。周斌研究組和何奔研究組在該項研究中創建了更精確的基因靶向策略,通過利用雙同源重組的交叉遺傳學設計了「NOT」和「AND」 兩種遺傳策略,能實現更精準的譜系示蹤和遺傳靶向操作,用於體內基因功能的研究。

利用「NOT」策略,他們創建了白色脂肪細胞的特異性靶向工具;利用「AND」策略,他們創建了淋巴管內皮細胞特異性的遺傳靶向工具。「NOT」邏輯策略類比于數學集合中的取補集過程,即把所有的脂肪細胞看作集合S,褐色脂肪細胞群為S的一個子集A, 白色脂肪細胞群就是取子集A在S中的補集。「AND」的邏輯學策略類比于數學集合中的取交集過程,即把內皮細胞群(血管內皮細胞、淋巴管內皮細胞等)類比于集合A,PROX1標記的所有細胞(淋巴管內皮細胞,神經細胞,心肌細胞,肝細胞,晶狀體上皮細胞和纖維細胞等)類比于集合B,淋巴管內皮細胞就是取A和B的交集。

綜上,該項研究建立和推廣了雙同源重組酶介導的遺傳譜系示蹤和遺傳靶向操作新技術,建立了多種遺傳示蹤和靶向操作的新策略,為多種組織器官的發育、疾病、再生等研究提供的強大的技術基礎。該研究著重研究了成體脂肪組織中新生脂肪細胞的來源,通過對脂肪組織血管周圍多種不同細胞亞群的同時進行遺傳示蹤,發現了成體脂肪幹細胞,為進一步研究肥胖及肥胖相關的慢性疾病提供了新方向。

為拓展雙同源重組遺傳譜系示蹤技術的應用,該研究分別介紹了「NOT」(比如白色脂肪特異性靶向工具)與「AND」(比如淋巴管內皮細胞特異性靶向工具)的應用,為進一步研究白色脂肪細胞與淋巴管內皮細胞的功能調控機制研究提供了更精準的遺傳靶向操作工具(圖3)。
http://t.cn/A6t4hJo1

LINE it!
回頁頂