42.7:

42.7: שיטות לתכנות מחדש של הגרעין

Methods of Nuclear Reprogramming

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

Methods of Nuclear Reprogramming

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

42.4: Liver Regeneration

42.8: Cloning of Dolly the Sheep

1,825 Views

•

01:24 min

•

April 30, 2023

Overview

תכנות מחדש גרעיני הוא תהליך של הפיכת סוג תא אחד לסוג תא לא קשור על ידי שינויים אפיגנטיים המשנים את דפוס ביטוי הגנים המקורי של התא. שינויים אפיגנטיים כאלה מאלצים תאים לבטא קבוצה שונה של גנים, הממלאים תפקיד משמעותי בגרימת טרנספורמציה לסוגי תאים אחרים. תכנות מחדש גרעיני מציע יישומים בשיבוט רבייה לריבוי בעלי חיים ורפואה רגנרטיבית – פיתוח תאים ספציפיים למטופל לתיקון פציעות.

שינויים אפיגנטיים

התנאי המוקדם לתכנות מחדש גרעיני מוצלח כרוך בשחרור יעיל של הדנ”א הגנומי בתוך הגרעין המאפשר גישה לחלבונים רגולטוריים. זה מושג באמצעות עיבוי כרומטין ושינוי היסטון הכולל אצטילציה, מתילציה וזרחון. בהעברה גרעינית של תאים סומטיים (SCNT), דפוס שינוי ההיסטון בכרומטין של גרעין מושתל משתנה לזה של הביצית. שינויים אלה נאכפים על ידי גורמי שעתוק הנמצאים בציטופלסמה של הביצית. לדוגמה, מקשרי היסטון B4 או H1foo ספציפיים לביציות מחליפים את ההיסטון H1 ומקדמים שינויים בדפוסי ביטוי גנים.

גורמי יאמאנאקה

בשנת 2006 גילה שיניה יאמאנאקה את גורמי השעתוק Oct-4, Sox-2, Klf-4 ו-c-Myc, המכונים גורמי יאמאנאקה, הבאים לידי ביטוי גבוה בתאי גזע עובריים (ES). שיטת התמרת גורם השעתוק מתכנתת מחדש את הגרעין על ידי ביטוי יתר של גורמי שעתוק אלה, ובכך גורמת לביטוי גנים עובריים בתאים סומטיים. תאים מותמרים אלה נקראים תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים או iPSCs. Oct-4 (גורם שעתוק קושר אוקטמר 4) הוא חלבון המקודד על ידי הגן האנושי POU5F1. הוא ממלא תפקיד חיוני בקביעת גורלם של המסה הפנימית ותאי הגזע העובריים ומסייע להם לשמור על פלוריפוטנציה במהלך ההתפתחות העוברית. אזור קביעת המין Y-box 2, המכונה Sox-2, ממלא תפקיד חיוני בשמירה על פוטנציאל ההתחדשות העצמית בתאי ES. Klf-4 או גורם דמוי קרופל 4 שייך למשפחת KLF של גורמי שעתוק אצבע אבץ והוא מעורב בעיקר בהתרבות והתמיינות של תאי גזע. c-Myc הוא גורם השעתוק השייך למשפחת הפרוטונקוגנים של Myc, ויש לו תפקיד חשוב בהתרבות התאים ובחילוף החומרים.

Transcript

ניתן להפוך את גורל התא באמצעות שלוש שיטות שונות לתכנות מחדש של תאים או גרעינים.

בהעברה גרעינית של תאים סומטיים או SCNT, גרעין מתא סומטי מושתל לתוך ביצית מלומדת.

גורמי שעתוק הנמצאים בציטופלסמת הביצית מקדמים ביטוי של גנים עובריים ומפעילים חלוקת תאים ליצירת בלסטוציסט.

מסת התאים הפנימית של הבלסטוציסט משמשת כמקור לתאי גזע פלוריפוטנטים, שיכולים להצמיח סוגי תאים מיוחדים.

באיחוי תאים, שני סוגים שונים של תאים מאוחים יחד באופן מלאכותי באמצעות פולסים חשמליים, ויוצרים תא היברידי המציג פנוטיפ משולב.

לדוגמה, איחוי של תא B, לימפוציטים, עם תא מיאלומה, תא פלזמה סרטני, מייצר תא היברידי שיכול גם להתרבות ללא הגבלת זמן וגם לייצר נוגדנים.

בשיטת התמרה של גורם שעתוק, וקטורים רטרו-ויראליים משמשים להעברת גנים, כגון Oct4 ו-Sox2 לתאים הסומטיים.

הביטוי של גורמי שעתוק אלה הופך את התא הסומטי לתא גזע פלוריפוטנטי מושרה או תא iPS.

Key Terms and definitions

Nuclear Reprogramming – Transformation of one cell to an unrelated cell type through epigenetic changes.
Epigenetic Changes – Modifications altering gene expression pattern aiding cell transformation.
Yamanaka Factors – Oct-4, Sox-2, Klf-4, and c-Myc, driving nucleus reprogramming in embryonic stem cells.
Oct-4 Gene – A critical gene encoding the Oct-4 protein, essential in maintaining pluripotency in ES cells.
H1foo – An oocyte-specific histone linker inducing change in gene expressions.

Learning Objectives

Define Nuclear Reprogramming – Explain the purpose and mechanism leading to cell transformation (e.g., nuclear reprogramming).
Contrast Yamanaka Factors vs Oct-4 Gene – Outline key differences and roles in embryonic stem cells (e.g., Yamanaka factors).
Explore Epigenetic Changes – Describe process and impact on cell transformation (e.g., H1foo).
Explain The Nuclear Transfer Method – Describe the process used in somatic cell nuclear transfer.
Apply Nuclear Reprogramming in Context – Outline the role and benefits in regenerative medicine.

Questions that this video will help you answer

What is nuclear reprogramming and how does it involve epigenetic changes?
Who discovered Yamanaka Factors and what roles do they serve?
What is the significance of the oct-4 gene in the process of nuclear reprogramming?

This video is also useful for

Biology Students – Understand How nuclear reprogramming aids in the study of cellular transformations
Educators – Provides a comprehensive guide to explain the concepts of epigenetic changes and Yamanaka Factors
Genetics Researchers – Relevance for studying cell transformation methods and developing patient-specific cells
Biotech Enthusiasts – Offer insights into cell transformation and nuclear reprogramming processes

Tags

תכנות מחדש גרעיני שינויים אפיגנטיים ביטוי גנים עיבוי כרומטין שינוי היסטון העברה גרעינית של תאים סומטיים (SCNT) גורמי יאמאנאקה תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs) גורמי שעתוק Oct-4 Sox-2 Klf-4 C-MYC תאי גזע עובריים (תאי ES) רפואה רגנרטיבית