43.4:

43.4: إعادة برمجة خلايا الجسدية إلى iPS

JoVE Core
Cell Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Cell Biology

Somatic to iPS Cell Reprogramming

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Previous Video

43.2: Maintenance of the ES Cell State

Next Video

43.5: Chromatin Modification in iPS Cells

2,208 Views

•

01:29 min

•

April 30, 2023

Overview

تؤدي إعادة البرمجة إلى تغيير التعبير الجيني في الخلايا الجسدية ، وتحويلها إلى خلايا جذعية مستحثة متعددة القدرات (iPS) على مدى عدة أجيال. يمكن للعلماء إعادة برمجة الخلايا عن طريق إدخال جينات لأربعة عوامل نسخ – Oct4 و Sox2 و Klf4 و c-Myc (OSKM) بطرق فيروسية أو غير فيروسية. تعرف هذه العوامل أيضا باسم عوامل ياماناكا بعد Shinya Yamanaka ، الذي أنتج لأول مرة خلايا iPS باستخدام خلايا جلد الفأر. حصل ياماناكا على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب في عام 2012 لهذا الاكتشاف.

يؤدي التعبير عن عوامل OSKM إلى العديد من التغييرات الخلوية في مراحل مختلفة. تعمل مرحلة البدء على تقليل تنظيم الجينات الخاصة بالخلية الجسدية ، وتنظيم الجينات المشاركة في التكاثر ، وإعادة تنشيط التيلوميراز. تخضع الخلايا مثل الخلايا الليفية لانتقال اللحمة المتوسطة إلى الظهارية ، حيث تكتسب قطبية قمية قاعدية وتعبر عن علامات الخلايا الظهارية ، مثل الكاديرين والفيمنتين والوصلات الضيقة. تتضمن المرحلة الوسيطة تنشيط الجينات المطلوبة لتعدد القدرات. تستخدم الخلايا التي تخضع لإعادة البرمجة تحلل السكر بشكل تفضيلي على الفسفرة المؤكسدة لتوليد ATP. يحدث هذا التغيير لأن عوامل إعادة البرمجة تحول الميتوكوندريا الممدودة إلى كرات كروية ، مع عدد قليل جدا من الكريستا. تحفز مرحلة النضج تغيرات لاجينية وإعادة تشكيل الهيكل الخلوي.

تعمل

عملية إعادة البرمجة بأكملها على تغيير التعبير عن حوالي 1500 جين. بعد إعادة البرمجة ، يصبح أقل من 1٪ من الخلايا متعددة القدرات. يمكن زيادة هذه النسبة عن طريق تغيير بنية الكروماتين ، وقمع التعبير عن البروتينات ، مثل p53 ، التي تعزز شيخوخة الخلية ، وقمع مسارات الإشارات أو الإنزيمات التي تشكل حواجز أمام إعادة البرمجة.

Transcript

يمكن إعادة برمجة الخلايا الجسدية عن طريق إدخال الجينات بشكل مصطنع لأربعة عوامل نسخ – Oct4 و Sox2 و Klf4 و c-Myc. يتم نقل هذه الجينات بشكل منفصل إلى الخلايا باستخدام ناقلات فيروسية.

عندما تندمج الجينات في الجينوم ، يتم التعبير عن عوامل النسخ هذه. كما أنها تغير نمط التعبير الجيني للخلية لتنشيط نمو الخلايا وتغيير التمثيل الغذائي وإعادة تشكيل الهيكل الخلوي.

ينشط c-Myc الجينات لتعزيز تكاثر الخلايا ؛ كما أنه يساعد في إعادة تنظيم الكروماتين للسماح لعوامل النسخ الثلاثة الأخرى بربط وتنظيم الجينات المطلوبة لتعدد القدرات.

يشكل Klf4 مركبا مع Oct4 و Sox2 لتنشيط التعبير عن Nanog – وهو عامل نسخ مطلوب للتجديد الذاتي. بالإضافة إلى ذلك ، يقمع Klf4 جينات معينة تشارك في شيخوخة الخلايا ، مما يحافظ على تعدد القدرات.

Oct4 و Sox2 و Nanog هي عوامل النسخ الأساسية التي تنظم أكثر من 300 جين ، بما في ذلك تلك المسؤولة عن التغيرات الأيضية وإعادة تنظيم الهيكل الخلوي – وهي أحداث تحول الخلايا على مدى عدة أجيال إلى خلايا متعددة القدرات.

Key Terms and definitions

Reprogramming - A process that alters gene expression in cells, changing their identity.
Somatic cells - Body cells that are not involved in reproduction.
Induced Pluripotent Stem (iPS) cells - Somatic cells transformed via reprogramming to pluripotent state.
OSKM factors - Key transcription factors used in reprogramming: Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc.
Yamanaka factors - Another name for OSKM factors, named after the scientist, Shinya Yamanaka.

Learning Objectives

Define Reprogramming – Explain what it is (e.g., Changing gene expression to alter cell identity).
Contrast Somatic cells vs iPS cells – Showing key differences (e.g., their roles and capabilities).
Explore examples of key reprogramming factors – OSKM/Yamanaka factors (e.g., their role in inducing pluripotency).
Explain the process of cell reprogramming – Discuss the phases and mechanism of this transformation.
Apply knowledge of reprogramming in a cellular context – Understand how it affects cellular functions, gene expression, etc.

Questions that this video will help you answer

What is reprogramming and how does it transform somatic cells into iPS cells?
What are Yamanaka/OSKM factors and how do their roles differ?
Why is Shinya Yamanaka significant to the field of reprogramming?

This video is also useful for

Life Science Students – Understanding reprogramming helps grasp the basis of cellular transformation
Biotechnology Educators – Provides a clear framework for teaching the topic of cellular reprogramming
Genetic Researchers – The concept is central to many modern genetic modification studies
Medical Science Enthusiasts – Offers insights into how cellular transformation could potentially revolutionize medical treatments.