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.2009年12月3日；462（7273）：595-601。
doi:10.1038/nature08592。 Epub 2009年11月8日。

直接细胞重编程是一个可以加速的随机过程

雅各布·汉纳 1, 克莉莎努·萨哈, 贝尔纳多·潘多, Jeroen van Zon先生, 克里斯托弗·伦格纳, Menno P Creyghton公司, 亚历山大·范·奥德纳（Alexander van Oudenaarden）, 鲁道夫·杰尼什
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直接细胞重编程是一个可以加速的随机过程

雅各布·汉纳等。 自然. .

摘要

通过过表达Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc转录因子，可以实现体细胞直接重编程为诱导多能干细胞（iPS），但只有少数供体体细胞可以重编程为多能干。在这里，我们证明了这些转录因子的重编程是一个连续的随机过程，几乎所有的小鼠供体细胞最终都会产生持续生长和转录因子表达的iPS细胞。p53/p21通路的额外抑制或Lin28的过度表达增加了细胞分裂速率，并导致iPS细胞形成的加速动力学，这与细胞增殖的增加成正比。相反，Nanog过度表达以主要依赖细胞-视觉比率的方式加速了重编程。定量分析定义了不同的细胞密度依赖性和独立性模式，以加速重编程的随机过程，并表明细胞分裂数是推动表观遗传重编程向多能性转变的关键参数。

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图1
图1。直接重编程过程中向多能状态发展的模型
四种不同的模型(i–iv)解释供体体细胞在表达OSKM重编程因子后向诱导多能干细胞（iPSC）状态进展的潜伏期。延迟可以用绝对时间或细胞分裂的单位来测量，直到第一个iPSC从单克隆群体中产生。图形显示了不同场景中重编程动力学的一般形状。请注意，精英模型不一定会像底部图所示那样重新编程得更慢。
图2
图2。重编程单克隆群体的长期分析
a、，实验示意图。b、，Pre-B细胞单克隆群体的重新编程，以成为Nanog-GFP+的孔的累积数量进行测量。n表示监测的人口数量。星号表示每4周进行一次流式细胞术检测GFP。c、，DOX 12–13周后从多能干细胞中获得具有刺鼻毛色的嵌合小鼠。d日，iPSC中的重链重排。e（电子），DOX上单克隆群体的相对转基因诱导水平。误差线表示标准偏差（n=3）。（f）人口平均翻倍时间，t吨d日对于每个克隆种群。方框描绘了在DOX诱导期间在不同时间测量相同克隆群体的情况。下面的两条线（绿色）表示子克隆的iPSC线。克隆标记：克隆号，DOX的周数（w#），Nanog-GFP>0.5%状态（+/-）。
图3
图3。依赖于细胞分裂率和独立于细胞分裂速度的重编程加速
a、，不同NGFP1细胞群中转基因的平均诱导水平。n表示每组抽样的种群数量，以平均值±标准差表示。b、，细胞在DOX上的生长曲线。指数增长（虚线）很好地描述了数据(R（右）2=0.97–1.0），人口平均翻倍(t吨d日)根据这些拟合进行计算（补充图9）。c、，如图2b所示，对各种克隆B细胞衍生群体重新编程的延迟。NGFP1-p53KD、NGFP1-p21KD和NGFP1-Lin28OE井与NGFP1和NGFP1对照发夹井在统计上不同(第页<0.0001，logrank差异检验）。日期：，按重新缩放时间t吨d日提供延迟期间发生的单元分裂数的估计。按以下公式重新缩放时间后，各组之间未观察到统计差异t吨d日(第页>0.1).e–f，与c–d中相同，但NGFP1-NanogOE井除外。n表示监测的人口数量。
图4
图4。细胞重编程的定量分析
a、，随机模型总结。在每次实验期间，对各个井进行连续更换，以确定在一段时间后t吨0代表重播开始的时间，每个实验都可以用有效大小的种群来描述，N个效率.b、，估计每次实验中的总体重标时间τ。之后t吨0，种群动态有效地描述为一个固定的种群规模，N个效率NGFP1-p53KD和NGFP1-p21KD具有相似的动力学特性。c、， N个效率人口重标平均增殖时间τ第页，估计为一个iPSC达到检测阈值所需的人口重定标时间[τ第页=t吨d、 我N个效率日志2（ρN个效率)，其中ρ是检测阈值t吨d、 我是iPSC的倍增时间]。日期：，Nanog-GFP+井的累积百分比作为τ的函数，并根据所提出的模型进行最佳拟合。建模结果用粗线条表示，实验用点表示。右图显示了细胞内固有速率的最佳拟合估计k个以周表示。e、，与d中一样，但每个群体重新缩放的细胞分裂，τ/t吨d日，而不是单位τ。t吨d日是种群的加倍时间。误差线表示95%的置信区间。
图5
图5。加速重编程到多能性的不同模式
a、，几乎所有供体细胞都可以通过随机过程产生iPSC。两个参数表征了该过程的动力学：所需的平均细胞分裂数，C类d日以及每个细胞分裂的细胞内在重编程率，k个.b、，以与细胞分裂速率相关的方式加速重编程仍然需要与非加速参考场景一样多的分裂（即C类d日平均而言），但由于细胞分裂更快，发生的时间更早，而在细胞分裂率相关模式中，反映未知随机事件发生的细胞固有率增强，并且在较低的平均分裂次数内实现了重新编程(<<C类d日).c、，相比之下，体细胞核移植可以在1-2个细胞分裂内重新编程。
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