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4 · 第2學期幹細胞/再生醫學細胞重編程

轉分化

Transdifferentiation

難度 4 · 專業stem-cell

轉分化代表了對 Waddington 景觀的「水平穿越」——不翻越全能性山頂,而是在分化態之間直接轉換。

Pioneer Factor 機制
Soufi et al.(2015, Mol Cell)以 ATAC-seq 和 ChIP-seq 解析直接重編程的 chromatin accessibility 動態:

  • Ascl1 是真正的 pioneer factor——能結合 nucleosomal DNA 上的靶位點,不需要預先存在的 chromatin accessibility。
  • Brn2 和 Myt1l 則不能單獨結合 closed chromatin,需要 Ascl1 先「開門」。
  • Myt1l 的主要功能是抑制非神經基因(特別是 Notch 和 myogenic programs),而非活化神經基因(Mall et al., 2017, Nature)。

iCM 的體內轉化
Song et al.(2012, Nature)和 Qian et al.(2012, Nature)各自在小鼠心梗模型中以 retroviral delivery GMT(或 GHMT + Hand2)將心臟纖維母細胞直接轉為 iCM,改善心功能。但:

  • 效率和可重複性受到質疑(Chen et al., 2012, Circ Res 報告效率遠低於原始報告)。
  • 人類纖維母細胞的轉化需要更多因子(+miR-1, miR-133, miR-208, miR-499)和更長的成熟時間(Nam et al., 2013, PNAS)。
  • 最新進展:microRNA cocktail + small molecules 的無病毒體內遞送策略。

部分轉分化與可塑性
Morris et al.(2014, Nature)以 single-cell RNA-seq 追蹤 B-to-macrophage 轉分化,發現過程中細胞不是「乾淨地」從一個身分跳到另一個,而是經歷一個「模糊」的中間態——同時表達兩種細胞的基因。這與 iPSC 重編程中的 stochastic phase 呼應。

化學直接重編程
Li et al.(2015, Cell Stem Cell)以全小分子將小鼠纖維母細胞直接轉為 iN——VCRFSGY 組合(VPA, CHIR99021, RepSox, Forskolin, SP600125, GO6983, Y-27632)。Yang et al.(2019, Cell Stem Cell)以化學方法轉為功能性 dopaminergic neuron。

臨床轉化前景
直接重編程的終極願景是「體內原位轉化」——在受損組織中直接將疤痕形成細胞(纖維母細胞)轉為功能細胞。AAV 遞送是最有前景的載體,但需解決:(1) 遞送效率, (2) 脫靶轉化(非目標細胞也被感染), (3) 長期安全性(轉錄因子持續表達)。

文獻:Vierbuchen T et al. (2010) Nature 463:1035-41 / Zhou Q et al. (2008) Nature 455:627-32 / Soufi A et al. (2015) Mol Cell 58:586-94 / Mall M et al. (2017) Nature 544:245-9

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