跳动城乡网中号大多数人想知道如果他们可以倒转时间并重新做出过去的决定，他们的生活会发生怎样的改变。虽然看似不可能的壮举，但京都大学的干细胞生物学家KazutoshiTakahashi和ShinyaYamanaka在2006年首次扭转了细胞时钟。1通过在完全分化的成纤维细胞中过度表达四种转录因子，Takahashi和Yamanaka将细胞重新编程为多能状态，并将它们称为诱导多能干细胞(iPSC)。
尽管研究人员在实验室和临床中使用iPSC，但科学家们仍难以高效生产大量iPSC。2“重编程的效率仍然非常低，”波士顿儿童医院的干细胞生物学家ThorstenSchlaeger说。“目前尚不完全清楚为什么98%或99.9%的细胞最终没有重新编程为iPSC。”在最近发表的《科学进展》论文中，施莱格和他的团队开发了一种系统，用于跟踪重编程过程中具有不同转录因子表达动态的细胞的命运。3这些发现将使该领域的研究人员能够提高iPSC产量。
科学家怀疑重编程结果的异质性是由转录因子表达水平和持续时间的变化造成的。因此，几个研究小组试图将重编程的成功与八聚体结合转录因子4(OCT4)的水平联系起来，OCT4是高桥和山中伸弥的转录因子之一，对于重编程过程至关重要。然而，这些研究使用基于人群的测量，未能考虑内源性OCT4对重编程的贡献。
为了克服这些限制，Schlaeger的合著者、麻省理工学院跨学科机械工程师DomitillaDelVecchio开发了一种创新的OCT4表达系统。“这个想法实际上是尝试使用一种更复杂的方式过度表达转录因子来重新编程干细胞，”德尔维奇奥回忆道。
DelVecchio的团队设计了一种合成基因电路，可以异位过度表达荧光标记版本的OCT4转录因子，同时通过microRNA阻断内源性OCT4的表达。这使得研究人员能够控制细胞内OCT4蛋白的总水平，并通过测量荧光对其进行定量。此外，异位OCT4基因由诱导型和噪音启动子控制，这意味着系统会产生OCT4缀合物表达的变异性和广泛的评估轨迹，例如在整个重编程过程中保持高OCT4表达的细胞或那些其表达随着时间的推移而减少。
为了确定哪些OCT4轨迹成功地将人类真皮成纤维细胞重编程为iPSC，DelVecchio、Schlaeger和他们的团队用编码OCT4轨迹生成器的慢病载体转导细胞，并通过成像跟踪细胞内荧光标记的OCT4蛋白随时间的水平。然后，研究人员固定了所得的细胞集落，并对它们进行了两种多能干细胞表面标记物的免疫染色。
他们观察到菌落分为三类：I型菌落仅对一个表面标记呈阳性;I型菌落仅对一个表面标记呈阳性;II型菌落显示出与I型菌落完全相反的染色模式;III型集落对两种标记均呈阳性。他们将III型集落内的细胞视为iPSC，并将I型和II型集落内的细胞归类为不完全重编程。尽管存在这些差异，所有三种集落类型的细胞在重编程过程中均稳定表达超生理水平的OCT4，这表明将人真皮成纤维细胞成功重编程为iPSC需要持续高水平的OCT4转录因子。但仅此参数不足以促进iPSC的生成。
