細胞重編程的單細胞分析
從分化的成熟細胞向干細胞狀態(tài)轉(zhuǎn)變，細胞內(nèi)的蛋白表達會發(fā)生怎樣的改變？研究人員，借助于質(zhì)譜流式細胞技術(shù) （mass cytometry）進行分析，對細胞重編程的動態(tài)變化過程有了更全面的認識。
通過轉(zhuǎn)錄因子的強制性表達，可使體細胞重編程為多能狀態(tài)，這是一個動態(tài)的過程。一個體細胞如何成功地進行這一轉(zhuǎn)變，對此我們知之甚少，因為低效率、較長的潛伏時間和非同步進程會阻礙分子分析。隨時間推移描述大量細胞群的特征，讓我們對整個重編程細胞群的進程有了深刻認識，但經(jīng)歷這個過程的大多數(shù)細胞不能重編程，對該過程的整體分析，必然偏向非生產(chǎn)性重編程事件的測量。
為了解決這些問題，一些研究團隊試圖識別和表征生產(chǎn)性重編程細胞群。轉(zhuǎn)基因化學計量的早期作用是從誘導多能干細胞（iPSCs）的轉(zhuǎn)基因整合位點推斷出的，通過依據(jù)轉(zhuǎn)基因表達水平分選纖維母細胞。Sox2low、Oct4high、Klf4high，被認為是一個*組合，經(jīng)過表達不同轉(zhuǎn)基因化學計量的多順反子構(gòu)件得以進一步驗證。單細胞延時成像技術(shù)分析顯示一種早期的增殖表型。早期的工作揭示了重編程狀態(tài)的進程，連續(xù)獲得了多能性標志物堿性磷酸酶、SSEA1、Nanog和Oct4。此外，研究人員觀察到，成纖維細胞標記Thy1的抑制和逆轉(zhuǎn)錄病毒表達的缺失，發(fā)生在這個過程的早期。這些狀態(tài)的表征顯示，兩次重編程與c-Myc、Klf4介導的*次及Oct4、Sox2、Klf4介導的第二次同時出現(xiàn)。
穩(wěn)定的部分重編程細胞系，已被分離并得以表征。這些部分重編程的細胞在該過程中出現(xiàn)較晚，但是在獲得多能性之前，可能來自于多個重編程細胞群，包括成纖維細胞、神經(jīng)干細胞和B細胞。形態(tài)上它們類似于iPSCs，但沒有獲得多能性，因為它們不能形成畸胎瘤并依賴重編程轉(zhuǎn)基因。雖然這些細胞的大部分在標準條件下沒有獲得多能性，但是通過5-氮雜胞苷和維生素C或過表達Nanog，可以把它們推向多能狀態(tài)，從而表明它們類似一個中間狀態(tài)，在這個狀態(tài)中有障礙抑制了多能性的獲得。
雖然豐富中間體的表征一直是有用的，但分析仍然高度依賴批量細胞群，因為大細胞群的異質(zhì)性仍然是普遍的。zui近，有研究人員試圖通過單細胞mRNA分析，鑒定重編程的早期隨機階段，隨后是與SOX2表達對應的晚期確定性階段，來解決這一問題。盡管這項研究的結(jié)果很重要，但是其結(jié)論可能因在每個時間點測定的樣本數(shù)相對較小所限制（96個細胞），此外還因為較低的重編程效率，只有2%的細胞可以成功地重新編程。
為此，在這項新的研究中，斯坦福研究小組通過單細胞質(zhì)譜流式細胞技術(shù)（一種流式細胞儀技術(shù)，采用稀土金屬同位素標記抗體和檢測）來表征重編程過程。質(zhì)譜流式細胞技術(shù)產(chǎn)生的結(jié)果，與傳統(tǒng)的熒光流式細胞術(shù)基本相同，但可讓我們每秒鐘在大約500個細胞中同時測量40多種不同的參數(shù)。使用質(zhì)譜流式細胞技術(shù)，該研究小組在重編程的*個3到4周，分析了三個不同的重編程細胞系。對質(zhì)譜流式細胞技術(shù)數(shù)據(jù)集進行的時間分辨、高維進展分析，可促進連續(xù)的重編程分子圖譜的構(gòu)建。本研究所描述的這種方法和數(shù)據(jù)集，為重編程優(yōu)化和其他細胞重編程機制研究、以及隨時間動態(tài)變化的復雜細胞群研究，提供了寶貴的資源。
