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线粒体装置—细胞的“七十二变”

来源:启达生物  浏览量:1835  发布时间:2021-01-06

加州大学洛杉矶分校琼森综合癌症中心的研究人员说,他们已经开发出一种简单、高通量的方法,将分离的线粒体及其相关的线粒体DNA转移到哺乳动物细胞中。

 

这种方法使研究人员能够定制细胞的关键基因成分,以研究和潜在地治疗衰弱性疾病,如癌症、糖尿病和代谢紊乱。


研究小组在细胞报告中发表了他们的研究报告,压力驱动的线粒体转移管道产生具有所需基因组合和命运的哺乳动物细胞,并描述了加州大学洛杉矶分校开发的名为MitoPunch的新装置如何将线粒体同时转移到100000个或更多的受体细胞中,这是一个显著的改进从现有的线粒体转移技术。这个装置是加州大学洛杉矶分校的科学家们持续努力的一部分,他们通过开发可控的、操纵性的方法来理解线粒体DNA的突变,从而改善人类细胞的功能或更好地模拟人类线粒体疾病。

 

产生具有所需线粒体DNAmtDNA)序列的哺乳动物细胞有助于研究线粒体、疾病模型和潜在的再生疗法。MitoPunch是一种高通量的线粒体转移装置,通过将小鼠或人类细胞中分离出来的线粒体转移到原代或永生的线粒体缺失(ρ0)细胞中,产生具有特定线粒体DNA-DNAnDNA)组合的细胞。

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在限制性培养基中分离的稳定的分离线粒体受体(SIMR)细胞永久保留供体mtDNA新生。然而,尽管在限制性培养基中生长,SIMR成纤维细胞仍维持ρ0样细胞代谢组和转录组。我们将非永生的SIMR成纤维细胞重编程为诱导多能干细胞(iPSCs),随后分化为多种功能细胞类型,包括间充质干细胞(MSCs)、脂肪细胞、成骨细胞和软骨细胞。在重新编程和分化后,SIMR成纤维细胞在分子和表型上类似于通过相同方案携带的未操纵的对照成纤维细胞。

 

因此,我们的MitoPunch‘流水线能够生产具有独特mtDNA-nDNA组合的SIMR细胞,用于多种细胞类型的进一步研究和应用。

 

加州大学洛杉矶分校大卫格芬医学院的博士研究生,该研究的第一作者之一Alexander Sercel说:产生具有所需线粒体DNA序列的细胞的能力对于研究线粒体和细胞核中的基因组如何相互作用以调节细胞功能非常重要,这对于理解和潜在治疗患者疾病至关重要。

 

线粒体DNA的遗传或获得性突变可损害能量的产生,并可能导致衰弱性疾病。操纵线粒体DNA的技术落后于操纵细胞核DNA的技术,可能有助于科学家开发疾病模型和对这些突变引起的疾病进行再生治疗。

 

然而,据加州大学洛杉矶分校的科学家说,目前的方法是有限和复杂的,大部分只能将含有所需线粒体DNA序列的线粒体输送到数量有限、种类繁多的细胞中,世卫组织说,MitoPunch装置操作简单,允许从不同供体细胞类型分离的大量线粒体向多种受体细胞类型进行一致的线粒体转移,即使是非人类物种,包括从小鼠分离的细胞。


第一作者之一、加州大学洛杉矶分校博士后亚历山大·帕塔纳南博士(Alexander PatanananPhD)指出:“MitoPunch与其他技术的区别在于,它能够设计出非永生、非恶性细胞,如人类皮肤细胞,以生成独特的线粒体DNA核基因组组合,这一进展使我们能够研究特定线粒体DNA序列对细胞功能的影响,同时使这些细胞重新编程为诱导的多能干细胞,然后分化为功能性脂肪细胞、软骨细胞和骨细胞.


MitoPunch是由Jonsson癌症中心主任、病理学和实验医学教授Michael Teitell博士、加州大学洛杉矶分校Henry Samueli工程和应用科学学院机械和航空航天工程教授Pei YuEricChiou博士和ImmunityBioTing Xiang Wu教授的实验室共同研发

 

MitoPunch建立在先前的技术和一种称为光热纳米刀片的设备上,该团队于2016年开发了这种设备。但与光热纳米刀片不同的是,它需要复杂的激光和光学系统来操作,MitoPunch的工作原理是利用压力推动一个孤立的线粒体悬浮液通过一个覆盖着细胞的多孔膜。

 

研究人员指出,这种施加的压力梯度产生了在离散位置刺穿细胞膜的能力,允许线粒体直接进入受体细胞,然后进行细胞膜修复。

 

当我们第一次制造光热纳米刀片时,我们就知道我们需要一个更高的吞吐量、更简单易用的系统,让其他实验室更容易组装和操作,泰特尔说,他还是儿科和发育病理学部门的负责人,也是加州大学洛杉矶分校广泛干细胞研究中心的成员。这种新设备非常有效,使研究人员能够以一种简单的方式研究线粒体基因组——将其从一个细胞交换到另一个细胞——可以用来揭示控制广泛细胞功能的基本生物学,并有一天为治疗线粒体DNA疾病带来希望。

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