藉由iPSCs重新回朔Hutchinson–Gilford progeria syndrome 造成的早衰現象

論文：Guang-Hui Liu. et al. 2011. Recapitulation of premature ageing with iPSCs from Hutchinson–Gilford progeria syndrome. Nature 472, 221–225

報告者：周 妤               時間：13:00~14:00, April 27, 2011

講評老師：袁 國博士         地點：Room 601

摘要：

Hutchinson–Gilford progeria syndrome (HGPS)為一種遺傳性疾病，此疾病的特徵就是在兒童時期開始出現急速老化的現象。患有此疾病的兒童，在嬰兒時期的早期與正常的兒童相比並沒有太大的差別；但隨著年紀的增長，開始出現身高、體重不足的情形，可以從評估兒童生長發育的生長發育曲線看出有低於百分比的情形。不幸的是，早衰症往往會引發動脈粥狀硬化而導致死亡，平均年齡大約在13歲左右。造成HGPS的主要原因，是因為progerin的不正常堆積，也就是突變的lamin A 被不正常的剪接行成小片段，這種不正常的堆積會引響到mesenchymal lineages的生成，包括骨骼系統、真皮、血管平滑肌(VSMC)。為了能更進一步了解HGPS的病理調控機制，作者群藉由HGPS患者的纖維細胞生成誘導多功能幹細胞(iPSCs)，並利用反轉錄病毒攜帶OCT4, SOX2, KLF4, c-MYC來協助重新編碼，這些基因都是維持胚胎幹細胞的重要基因；另外，也藉由綠色螢光蛋白(GFP)作為報導基因，並利用利用iPSCs將細胞誘導分化成纖維細胞及間質幹細胞。HGPS-iPSCs也就是利用HGPS病人的纖維細胞誘導行成iPSCs，被誘導行成的纖維細胞完全不會表現progerin，且藉由這樣的回朔修復了核缺陷及表觀遺傳學等所造成過早老化的現象。這些從HGPS-iPSCs分化出來的細胞會表現progerin-specific short hairpin RNA(shRNA)，與Control 組的細胞相比較可以發現能調降progerin增殖的能力，以及保持細胞不出現老化的情形。此外，他們利用免疫沉澱法(IP)發現，在progerin下游有一個DNA依賴蛋白激酶催化亞基(DNAPKcs)；經由調降HGPS細胞的實驗發現，DNAPKcs是依賴累積的progerin細胞於進行分化時會表現的蛋白激酶催化亞基；一旦HGPS被knockdown時，可以發現iPSCs被誘導行成血管平滑肌增殖的情形也相同減少。總而言之，透過iPSCs的回朔，修復了原本結構改變的核膜，另外因為progerin不正常堆積而引響表觀遺傳學的情形，也因為被誘導的細胞不具有表現progerin而得以改善；在此篇的研究中也發現，可以藉由iPSCs具有新編碼的特性，使細胞的狀態能被修改成正常的細胞。此篇研究，提供了一個有利於研究人類衰老症的模型，將有助於更深一步了解衰老症的制病機制，此先例對研究相關罕見疾病也開啟了一個新的里程碑。

參考資料：

1.      Worman, H. J., et al. 2010. Diseases of the nuclear envelope. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2, a000760.

2.      Zhang, J., et al. 2011. A human iPSC model of Hutchinson Gilford Progeria reveals vascular smooth muscle and mesenchymal stem cell defects. Cell Stem Cell. 8, 31–45