用一束远红光控制细胞命运
( 2018年7月4日 )


  用一束远红光,来控制干细胞分化为具有生物功能的神经细胞。听上去是不是有点不可思议?来自上海市调控生物学重点实验室、华东师范大学生命科学学院的叶海峰研究员课题组,巧妙利用合成生物学、光遗传学、基因编辑、再生医学等多学科技术交叉手段,首次开发了远红光调控的CRISPR-dCas9内源基因转录激活装置,首次实现利用远红光操纵基因组基因的表达调控,建立了远红光调控内源基因表达的技术体系,从而实现了用一束远红光来控制干细胞分化为具有生物功能的神经细胞。相关研究于北京时间今天凌晨在《美国国家科学院院刊》上发表。

  叶海峰告诉解放日报·上观新闻记者,从理论上讲,利用该技术只要一束远红光就可以控制干细胞分化成任意一种想要的功能性细胞,比如心脏细胞、神经细胞等。以往的常规做法是,在培养基上添加复杂的小分子或蛋白,驱动表达基因,是一个很复杂的过程。“有了这个光控系统的平台,打个比方,就像是一颗芽,可以长出不同果实。”

  研究人员利用远红光调控的这一系统,可以通过精确调控光束实现体内外靶标基因的可逆激活,具有高度时空特异性、强组织穿透力以及无毒副作用等优点。未来,在再生医学领域,比如对于肌肉萎缩的治疗等,也将带来新的希望。

  就在一年前,叶海峰团队发布了一项独创成果,他们把合成生物学与电子工程学相结合,在小鼠上开发了集糖尿病诊断和治疗为一体的智能系统。借助一部智能手机,不仅可以监控血糖,还可以通知细胞在一种Led光的响应下,表达分泌出胰岛素细胞。目前,这一工作已在猴子身上开展。

  此次的新研究,同样运用了远红光调控蛋白的技术和响应体系。不同的是,在之前工作的基础上,跟基因编辑技术结合起来,通过表观遗传的重塑,使其有了新的功能。首次在细胞水平和动物体内实现了利用远红光操控基因组内源基因的表达。这些研究进一步开拓了光遗传学工具箱,为哺乳动物细胞基因组的精密时空遗传调控的基础理论研究和转化应用研究奠定了基础,进一步促进了基于光遗传学的精准治疗和临床转化研究。


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