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《Nature Communications》 可望再度推進再生醫學

中研院郭紘志團隊發表 環形RNA調控多能幹細胞

2018/1/3 整理/編輯部

郭紘志副研究員闡釋環形RNA如何作為開關,調控多能性幹細胞。(圖/本刊資料中心)

郭紘志副研究員闡釋環形RNA如何作為開關,調控多能性幹細胞。(圖/本刊資料中心)

中央研究院細胞與個體生物學研究所郭紘志副研究員所帶領的研究團隊,多年來投注於環形RNA(circular RNAs)和多能性幹細胞相關研究與應用。近日,最新研究首度證實,人類多能性幹細胞中的環形RNA具有調控幹細胞維持多能性及啟動分化的功能,其生合成途徑亦經證實,文獻並已刊登於《自然通訊》(Nature Communications)。

郭紘志副研究員於今(3)日記者會上說明,深入對環形RNA的瞭解,不僅開啟多能性幹細胞更廣大的應用潛力、提升多能性幹細胞產製的安全性和效率,未來,也可能有助於發展創新醫療技術,利用環形RNA作為疾病診斷或治療的標的。

人類多能性幹細胞可分為胚胎幹細胞(ESC, embryonic stem cells)與誘導式多能性幹細胞(iPSC, induced pluripotent stem cells)。前者取自胚胎,雖其多能性穩定,然而其取得方式具倫理爭議性,且較難以針對個人特製化;後者則是以人工方式添加特定轉錄因子,誘導成熟細胞重新編程為多能性幹細胞,發明人山中伸彌教授因此獲得2006年諾貝爾醫學獎。然而,據研究指出iPSC具有較高的遺傳突變率,可能在移植後於體內形成腫瘤。 

因此,團隊多年來致力於尋找適合的替代因子,試圖改善iPSC重新編程過程,提升多能性幹細胞產製的數量及安全性品質。

郭紘志研究團隊最新研究發現,人類多能性幹細胞含有大量的環形RNA,其中一種環形RNA─circBIRC6可維持幹細胞的多能性。藉由控制circBIRC6的表現,研究人員可以調控多能性幹細胞維持多能性或啟動分化,亦即發現一個得以控制多能幹細胞的開關。

郭紘志指出,開展此研究初期便相當好奇環形RNA是如何調控基因表現,過去的研究甚至不清楚環形RNA存在的功能性,被認為是基因轉錄過程的錯誤。基因從DNA轉錄成直線式RNA,再藉由反式剪接(back-splicing)形成環形RNA。但目前研究顯示,環形RNA可以調控細胞內的基因表現,非但不是錯誤,反而在基因調控有著重要功能。

經團隊研究證實,環形RNA會如同海綿吸附游離微小RNA(miRNA),藉由吸附控制影響基因表達的miRNA,調控多能性幹細胞維持多能性或啟動分化。

圖說:NANOG、OCT4首先與RNA剪接因子(ESRP1)共同調控特定環形RNA(circBIRC6)的表現量(圖片下方),而circBIRC6則會透過調節微小RNAs(miR-34a及miR-145)來促進NANOG及OCT4基因表現,進而維持胚胎幹細胞的多能性(圖片上方)。

NANOG、OCT4首先與RNA剪接因子(ESRP1)共同調控特定環形RNA(circBIRC6)的表現量(圖片下方),而circBIRC6則會透過調節微小RNAs(miR-34a及miR-145)來促進NANOG及OCT4基因表現,進而維持胚胎幹細胞的多能性(圖片上方)。

實驗證實,藉由控制環形RNA,可調控多能性幹細胞分化出特定體細胞,或體細胞誘導出的iPSC,藉此降低細胞移植後可能發生的癌化現象、提高細胞治療的安全性。

未來於醫療上的用途,郭紘志舉例說明,「在癌症或是神經退化性疾病當中,可能可分類鑑別出特定環形RNA的高表現量,針對此特點可作為疾病早期診斷或進行治療的方向。」

文獻來源:https://www.nature.com/articles/s41467-017-01216-w

研究團隊,由左至右分別為蔣瑋博士、葉蟬嫻博士、郭紘志副研究員、余俊穎博士、吳逸盈博士。(圖/本刊資料中心)

研究團隊,由左至右分別為蔣瑋博士、葉蟬嫻博士、郭紘志副研究員、余俊穎博士、吳逸盈博士。(圖/本刊資料中心)

 

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