世界首次！乔治·丘奇团队成功构建大象iPS细胞，距离复活猛犸象更进一步

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世界首次！乔治·丘奇团队成功构建大象iPS细胞，距离复活猛犸象更进一步
. k# \+ A2 |+ \! U6 e2 O. d; j6 M来源：生物世界 2024-03-11 12:00
; |1 O1 v6 X& i( L+ u' G6 Z8 q随着在西伯利亚冻土层发掘到保存较为完好的猛犸象遗体，复活猛犸象的梦想似乎不再遥不可及。4 B7 Y8 {9 j' O+ S/ `9 h* `
日前，Colossal Biosciences 宣布成功重编程大象（亚洲象）诱导多能干细胞（iPSC），将大象的成熟皮肤细胞重编程为胚胎状态，这项研究是实现其复活猛犸象项目的重要里程碑。Colossal 由乔治·丘奇（George Church）等人创立，是第一家将CRISPR技术应用于物种恢复、极度濒危物种保护及关键生态系统重建的公司。, F7 ]: t% W6 R# Q# ~
该研究于2024年3月6日在预印本平台 bioRxiv 发布【1】，论文题为：Derivation of Elephant Induced Pluripoten Stem Cells。
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Colossal Biosciences生物科学负责人Eriona Hysolli博士分享道：“过去，许多生成大象iPSCs的尝试都没有取得成果。大象是一个非常特殊的物种，我们只是刚刚开始触及它们基本生物学的表面。”
/ [4 E+ W2 K) o, |. b2006年，山中伸弥在 Cell 期刊发表论文【2】，首次阐明通过表达四种转录因子（Oct3/4、Sox2、Myc、Klf4，简称为山中因子），可将成熟体细胞重编程为诱导多能干细胞（iPSC）。山中伸弥也因此获得了2012年诺贝尔生理学或医学奖。4 T% A+ |  ?, e" ^  J4 E$ K
如今，该技术已成功在包括人类在内的许多物种中成功实现了iPSC的诱导，然而，大象的iPSC却始终未获成功。
" i7 R6 y5 u! h" b在这项研究中，研究团队首先使用化学诱导培养基，然后添加转录因子Oct4、Sox2、Klf4、Myc +/- Nanog和Lin28，并抑制p53通路，成功实现了迄今为止最成功的大象诱导多能干细胞重编程。5 A9 B& j+ |. h9 {. v) Q

* A" z6 ^( E/ t- l  W该研究所使用的重编程方法与常用方法有所不同，部分原因是大象p53通路的复杂性。众所周知，p53是最重要的抑癌基因，我们人类有两个p53基因拷贝，超过一半的癌症患者存在p53基因突变。而大象基因组中有着多达19个p53基因拷贝，这可能是大象如此长寿且体型巨大却不患癌症的重要原因。  {. }, y; F2 \3 |; E& S
此外，重编程对于高等哺乳动物来说相当耗时且低效，对于大象来说需要更长的时间。但是，该研究成功实现的诱导多能干细胞表达了多个核心多能因子，并可以分化成三个胚层，这些胚层随后会产生身体中的每个细胞类型。这些新重编程的诱导多能干细胞已经通过免疫染色、多能性和分化标志物的PCR、转录组学分析、胚胎体和畸胎瘤形成进行了验证。此外，该研究也有助于深入解析大象不患癌症的原因，从而为人类癌症的研究和治疗带来新见解。
" U5 _/ x1 Z! {Colossal 公司计划在此基础上创造第一批基因编辑大象，通过对上述大象iPSC的多重编辑和再分化，识别和研究让大象产生猛犸象特征所需的基因变化，从而在细胞和类器官水平上研究猛犸象的寒冷适应性状，例如毛发生长和脂肪储存。
( Q! p0 Z3 @: ?1 q1 U* d, C& n. bColossal 公司最终希望将基因编辑的iPSC再分化为精子和卵子，进而制造出胚胎，孕育出猛犸象。为了避免使用大量大象代孕这些胚胎，乔治·丘奇的设想是使用人造子宫，从而不必干扰本就已经濒危的大象的自然繁殖。
$ y$ e8 r3 ~" q  N研究团队表示，取得初步成功后，现在还有更多工作要做，目前正致力于解析为什么大象的细胞重编程如此具有挑战性，这对于将来更快地获得诱导多能干细胞至关重要，以实现更先进的三系分化，特别是体外配子发生，进而测试诱导多能干细胞的全部潜力。
$ h$ ]  ^) z7 Y6 n! H2 }; o, Y& I一旦iPSC可以用来建立一个合成大象胚胎的模型，它也将是理解漫长而复杂的大象（以及猛犸象）发育和妊娠周期的一部分。这对 Colossal 公司的复活猛犸象等已灭绝物种的目标至关重要，因为该公司依赖于利用子宫外发育来保护和恢复物种。更重要的是，所有这些科学发展都具有在发育生物学领域扩展的可能性，其影响远远超出了 Colossal 公司现在所做的事。/ y8 Z1 }: p/ Z/ e, r
乔治·丘奇表示，如果有一个“最难重编程奖”，那么大象应该能获奖。但无论如何，学习如何重编程将有助于许多其他研究，特别是对濒危物种的研究。这一里程碑成果为我们提供了关于发育生物学和衰老与癌症之间的平衡的见解。它为在珍稀动物身上不进行手术获取配子和其他细胞类型打开了大门。它为现代动物与其已灭绝亲属之间建立基因和特征之间的联系打开了大门，包括对极端环境和病原体的抵抗力。, J  Z8 P+ {) c
乔治·丘奇和他的“侏罗纪公园”计划- [9 w' V# O6 w5 q
1964年，10岁的乔治·丘奇（George Church）在参观世博会时，一个长着长毛的猛犸象动画第一次吸引了他的注意，这也在他心里种下了一颗种子。而如今，50多年过去了，已经成为传奇科学家的乔治·丘奇正在带领团队试图复活这种曾让他充满敬畏的已灭绝的庞然大物。. {; H$ h6 \# J, m% F( _& ~2 {9 z& H1 n5 Q

7 x- Q" B1 s2 z2 r9 P& U大约在2005年，乔治·丘奇开始了复活猛犸象的研究计划，而这一计划面临的最大挑战实际上是资金，直到2019年，在这一年，他和 Ben Lamm 联合创立了一家名为 Colosal Biosciences 公司，他们计划在2027年之前复活猛犸象。2022年8月，该公司宣布将复活袋狼（又名塔斯马尼亚虎）列入计划。2023年1月31日，该公司宣布将复活渡渡鸟列入计划。
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  A, k: L7 s! @5 K+ LColosal公司计划复活的三大物种
4 i& G3 d, ]; c9 p复活猛犸象
; t' a9 Q6 p4 m2 A. A5 n5 m( F: k猛犸象，是陆地上生存过的最大的哺乳动物，其中体型最大的草原猛犸象体重可达12吨，是现在亚洲象的3倍。在气候寒冷的更新世（大约公元前180万年至公元前1万年），猛犸象在亚欧大陆背部广泛分布，在2万多年前，据估亚欧大陆一度拥有大约2亿只猛犸象。然而，在距今约1万年前，因为气候变化等原因，适应寒冷气候的猛犸象快速灭绝，大约5000年前，猛犸象彻底灭绝，这也标志着冰河世纪的结束。
, Z5 y7 d0 _/ l9 z1 Y( q: D随着在西伯利亚冻土层发掘到保存较为完好的猛犸象遗体，复活猛犸象的梦想似乎不再遥不可及。Colosal 公司计划将猛犸象细胞核移植到近亲亚洲象的细胞中，从而创造胚胎，然后通过雌性亚洲象代孕或使用人造子宫，产下猛犸象。
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西伯利亚永久冻土层中发现的39000年前的猛犸象幼崽
! K' b: ?" S& R猛犸象与亚洲象的基因组相差约140万个碱基序列，对应着大约1600多个蛋白质编码基因，乔治·丘奇认为，可能只需要编辑其中数十个基因，就可能解决猛犸象胚胎在代孕亚洲象体内的发育问题。他还表示，目标是制造出能在零下数十度下生存的大象，它的外表和行为都要像猛犸象。
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