近20年获得诺贝尔奖的微生物学家

版权声明:如需转载请务必联系“诺贝尔奖获得者医学峰会组委会”未获授权禁止转载

近20年获得诺贝尔奖的微生物学家(诺贝尔奖获得者约翰)(1)

约翰·格登(John Gurdon),2012年诺贝尔生理学或医学奖获得者,英国发育生物学家,主要以在细胞核移植与克隆方面的先驱性研究而知名。2018年9月8日,约翰·格登教授受邀出席了在海口举办的第五届诺贝尔奖获得者医学峰会,并在分论坛上发表主题演讲。

以下是格登教授的演讲摘要:

非常高兴能够来作这个演讲。我要讲到的内容包括我的课题的背景、发育过程中细胞不同分化的逆转以及一些抵抗性,抵抗性是和细胞分化的稳定性相关的,之后再讲一下细胞置换的前景。

需要解决的问题是细胞核的核重编码是否能够用作替代细胞治疗的方法?是否能够去置换没有功能的细胞?

重编程的发展过程

首先讲下我的课题的背景,这张幻灯片显示了重编程的过程,这段历史很长,我们从皮肤获取细胞,然后分离细胞,再拿出一部分细胞,把一个皮肤的细胞核放到卵细胞中,在某些情况下这种组合会使这个细胞核在卵细胞中发育成为动物,这个原则用于克隆动物,不管这种动物是小鼠还是哺乳动物,这是克隆技术的根本原则。

大家可以看到,1958 年,第一个克隆成功的是成年脊椎动物,显示出有从细胞克隆动物的可能性,这只脊椎动物存活了很多年,细胞核的移植当时被证明是成功的。

当然,这项技术本身有很多问题,有的时候大家很感兴趣想了解这些问题是什么。

  • 第一个问题是,我们需要有一个恰当的细胞核注射针,这个针对能够将所获取的细胞核注入到卵细胞当中,但是针不能穿透卵细胞,这是一个需要解决的技术问题。我们能够杀灭卵细胞当中的一些物质,使得卵细胞外膜上的物质通过覆罩透过针扎进去。

当年市场上是买不到这样的注射针的,我们需要自己去打造直径10 毫米的细胞核注射针的尖端形态。

  • 另外一项要解决的是编遗传标记物,这是左边的一个细胞核,它一般有左右两个核仁,这样就有克隆出来的动物的遗传标记。

细胞分化的逆转

我要讲的第二块内容是细胞分化的逆转,我们需要知道的是细胞分化的方向是不一样的,它们会成为具体的特定的细胞。上世纪五六十年代认为干细胞分化成成熟细胞之后是没办法逆转的。当时的问题就是,是否能将已经分化的成熟的细胞核再逆转回来,使不再具有分化能力的细胞重新变成具有分化能力的细胞。

这是我们在当时做的实验,这是一段小肠,这是我们所做的蝌蚪的测试,喂食蝌蚪然后去看它的肠道。我们把小肠的上皮细胞中的细胞核转到卵细胞中,让它去成长。一开始这是完全不成功的,几个小时之后,接受了细胞核的卵细胞变得非常奇怪,这个卵细胞就不能用了,实验之初就这样的失败了。

过一段时间我们发现改进操作方法能够更好地做实验,我们现在能够把胚胎做成这样子。大家看上面,右上角有一些分化比较正常的细胞,但是活不过一天就死亡了,但是我们发现还是有可能把细胞核从图片上端的细胞当中取出来,再进行移植,如此获得了一些正常的受精卵。大家可以看到左侧是正常的受精卵,右侧是核移植,这两个看起来还是比较相似的。

这是一个肌肉细胞,当看一个眼睛的时候,这个眼睛是比较正常的,它有晶体、视网膜层、虹膜色素层,这些细胞都是正常的。把这些特殊分化细胞的细胞核重新逆转回去,这是我们当时做的事情。当我们把一个高分化的细胞的细胞核拿出来放到卵细胞中,当时做出来是没有结果的。

克隆羊多莉的诞生

非常有意思的是,在1997 年,在最开始的工作完成40 年之后,我们成功地克隆出了克隆羊多莉,用的技术核心是一样的,只不过这次用的是哺乳动物而非蟾蜍或青蛙。所用的方法和之前在青蛙身上工作的方法道理上是完全一样的,只不过技术上有些差异。

当一个技术在一个生物种类上适用的时候,再把这个技术转到另外的生物种类上的时候要稍微当心一点。显示给大家看的是,这是细胞领域的克隆程度,这是我同事所做的工作,大家实验的方法是类似的,也是对于哺乳动物,首先从左边这只猴子的皮肤当中获得细胞核,再从右边的猴子获得卵细胞,把左边猴子的细胞核放到右边猴子的卵细胞当中,进行细胞合成形成胚胎。如中间的图所示,所谓的胚胎干细胞就会增加数量、增加因子,细胞会有分化。做这个实验的人获得了诺贝尔奖,他能够获得这些胚胎干细胞然后继续深入分化存活几个月。主要的一点是,他所制造的这些细胞能够继续分化下去,成为胚胎干细胞。

看看最下面,能够通过不断地培养增加细胞的数量,它增加了一些机制、一些经常由细胞分泌的因子,它就增加了干细胞,然后干细胞开始分化。当时它能够分化出有搏动的心肌细胞(当时它所分化出来的搏动的心肌细胞的视频我没办法拿到),大家可以想象可以搏动的心肌细胞的细胞核是来自于一只猴子的皮肤细胞。

逆转的抵抗性

通过这么多分化出的细胞其实是没有办法做肿瘤治疗的。这些实验的成功率非常非常低,把最初的实验品克隆出动物的话最多2%。逆转的抵抗力主要就是细胞分化的稳定性,其实主要的问题之一就是去理解细胞正常的稳定性是什么,也就是说了解了稳定性之后,会了解核移植之后会有怎样的抵抗性。

最近出现的一个情况是记忆,就算能够让细胞逆转分化并且形成新类型的细胞,这些分化逆转的细胞还是能够记得住它们之前分化好的细胞。这是对于编靶抵抗的不利因素。

这是内胚层的细胞刚才的分化。大家可以看到左边640 ON 的记忆,如果进行组蛋白去甲基化去减少ON 和OFF记忆,就能够改变基因也能够改变它们的基因,通过去甲基化的过程表达去影响、逆转细胞的记忆。当这么做的时候,如红线所示,就要做神经轴胚然后去甲基化,这样它能够再次恢复到正常形态。这就是目前如何应用逆转细胞技术对把细胞进行相应的处理,预期将来能够增强细胞逆转的能力,从而阻止这种细胞变得功能失调,成为癌细胞。

以上得出的结论是细胞分化的记忆能够降低重编码,并且能够降低细胞分化的稳定性,确实是因为细胞分化能力的降低导致了很多异常的细胞以及很多细胞功能的失调最终形成肿瘤或癌症。能够稳定细胞分化的机制在编码时会被逆转,需要对其进行增强以防止细胞功能失调或者可能的癌症。尤其去甲基化机制的表达目前来看对于消除细胞记忆是有一定用处的,这是非常杰出的工作,我们了解到分子层面的修饰确实能够起到作用,甲基化、去甲基化和对于细胞的修饰、对于组蛋白的修饰能够影响到细胞的记忆。

细胞置换的前景

从50年前开始,就能够逆转特殊分化的细胞,然后把它们逆转成干细胞,让它们从头再来,这样就提供了一个可能性,把一个细胞转化成另一种我们需要的细胞。例如用皮肤细胞进行逆转,日本山中伸弥教授提出了这样的技术。

  • 我举个例子——黄斑变性,这是一个老年人常见的眼科疾病,进而导致老年人丧失视力,最终致盲,是一个非常严重的疾病。也许细胞置换会成为黄斑变性的治疗方向。

在黄斑变性治疗方面,我们做了哪些工作呢?上面是正常的视椎视感细胞,这是视网膜色素上皮细胞,上面有视椎、视感细胞,都属于光感细胞,这是正常解剖学所见。我们需要视椎、视感细胞去接受光感,在病理状态下大家可以看到失望色素上皮细胞有一些消失、有一些死亡,附着于其上的视椎、视感光感细胞也丧失了一部分,所以Coffey 和DaCruz 在伦敦做了一个整形支架,包含替代的视网膜色素上皮细胞,他们把这种视网膜色素上皮细胞覆盖到支架上,这些细胞类似于细胞涂层(3~6 毫米),将这一支架通过手术放到眼球后面。这个手术是需要高超的手术技巧,眼科医生是能够学会,只需要一天的时间去做这个手术。当你这么做的话,就能够治愈因为缺乏有功能的光感细胞所导致的黄斑变性,目前这种技术正在广泛测试和验证。很多测试和验证权威管理部门对于结果还是满意的,将来可能会拥有这样的技术。

所有的细胞基因都一样,不管是上皮细胞、体细胞还是卵细胞,它的遗传内容都是一样的。我们所要研究的是其背后的机制,目前并不是所有的分子机制都了解,对于卵细胞的移植显示出了基因激活的机制和对于重编码的抵抗。

(内容摘自2018·第五届诺贝尔奖获得者医学峰会暨国际肿瘤研究高峰论坛演讲)

举报
评论(0)
游客的头像
表情
全部评论 只看作者
最新热门
  1. 暂时还没有评论哦