單倍體胚胎干細胞的建立為遺傳篩選研究、制備基因編輯動物模型提供了新的手段，是極具價值的遺傳學(xué)研究工具。然而，其在日常培養(yǎng)和分化過程中，常常會發(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胞成為干細胞研究界的重要課題。

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

　　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自父本，一半來自母本。因此，在自然情況下，細胞中具有兩套染色體(即二倍體細胞)，這也是哺乳動物傳遞遺傳信息的方式，并通過減數(shù)分裂來抵御環(huán)境變遷，保障物種繁衍。但是，對于遺傳學(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’，如果對其中一個基因進行調(diào)控，由于存在對應(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胞，沒有基因‘備份’，我們對任意基因的更改，都會直接帶來表型的改變。這對于我們探索生命現(xiàn)象、破解基因密碼十分有利。”帥領(lǐng)說，這也是單倍體細胞被稱為“基因篩選利器”的主要原因。近10年來，其課題組研發(fā)出小鼠、大鼠、猴、人等多個物種的單倍體干細胞，引起了遺傳學(xué)篩選和藥物靶點分析等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，相關(guān)成果均發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊上。

　　由于具有純合子表型和干細胞多分化潛能等特征，單倍體干細胞可以快速地被應(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胞，在日常培養(yǎng)或分化路徑中，傾向于自發(fā)二倍化，進而喪失了單倍性基因組的優(yōu)勢。因此需要依靠費時而復(fù)雜的分選方式去周期性富集單倍體細胞，從而大大局限了單倍體干細胞在多個領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　“探究單倍體干細胞的二倍化機制，從根本上有效地維持單倍體干細胞的單倍性，對于推廣此類遺傳學(xué)篩選研究的工具細胞具有深遠的意義�！睅涱I(lǐng)說。

　　轉(zhuǎn)錄組測序發(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胞的單倍性。他們發(fā)現(xiàn)，p53敲除的小鼠單倍體干細胞在進行體外分化時，可獲得單倍體純度極高的擬胚體、上胚層干細胞樣細胞和神經(jīng)干細胞樣細胞。而體內(nèi)分化實驗證明，p53敲除的小鼠單倍體胚胎干細胞可以通過嵌合體實驗進入到第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)分化實驗中也能檢測到單倍體的體細胞。

　　為了探究p53敲除的小鼠單倍體胚胎干細胞穩(wěn)定維持單倍性的原因，研究人員通過轉(zhuǎn)錄組測序分析發(fā)現(xiàn)，p53敲除的小鼠單倍體胚胎干細胞中，凋亡基因的表達量出現(xiàn)了明顯下調(diào)，而p53相關(guān)的其他信號通路的基因表達水平卻沒有明顯差異。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胞的單倍性。

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

　　陳曦