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多能蝙蝠干细胞作为研究新型病毒的模型
蝙蝠进化出独特的功能，例如喉部回声定位和飞行，其中一些能够耐受病毒，例如严重急性呼吸综合征冠状病毒（SARS-CoV）、中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）以及马尔堡病毒和尼帕病毒。开发强大的基于细胞的蝙蝠模型可以使人们更好地了解蝙蝠病毒的管理及其生物学。在 bioRxiv* 预印本服务器上最近发表的一项研究中：研究人员使用改良的山中协议从 Rhinolophus ferrumequinum 蝙蝠中生成诱导多能干细胞 (iPSC)，将蝙蝠建立为新型体内模型研究物种。研究：来自蝙蝠的多能干细胞揭示了宿主和病毒之间独特的相互联系。照片来源：...
多能蝙蝠干细胞作为研究新型病毒的模型
蝙蝠进化出独特的功能，例如喉部回声定位和飞行，其中一些能够耐受病毒，例如严重急性呼吸综合征冠状病毒（SARS-CoV）、中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）以及马尔堡病毒和尼帕病毒。 开发强大的基于细胞的蝙蝠模型可以使人们更好地了解蝙蝠病毒的管理及其生物学。
在最近发表的一项关于该主题的研究中 生物Rxiv * 预印本服务器：研究人员使用改良的山中协议从 Rhinolophus ferrumequinum 蝙蝠中生成诱导多能干细胞 (iPSC)，将蝙蝠建立为新型体内模型研究物种。
学习： 蝙蝠多能干细胞揭示了独特的宿主-病毒相互联系。照片来源：Jezper / Shutterstock.com
这篇新闻文章是对初步科学报告的评论，该报告在发表时尚未经过同行评审。 自首次发表以来，该科学报告现已经过同行评审并接受在学术期刊上发表。 初步报告和同行评审报告的链接可以在本文末尾的“来源”部分找到。 查看来源
关于该研究
在本研究中，研究人员正在调查蝙蝠是否适合生产病毒。
使用基于性别决定区 Y-box-2 基因、八聚体结合转录因子 4 (Oct4)、cMyc 和 Kruppel 样因子 4 (Klf4) 等重编程因子的山中重编程方法。
从 R. ferrumequinum 中分离出蝙蝠胚胎成纤维细胞 (BEF)，其重编程因子水平发生改变，可激活和阻断多种信号通路。 此外，还进行了免疫染色和核糖核酸（RNA）测序（RNA-seq）分析。
获得多能蝙蝠干细胞。 (A) 获得多能蝙蝠干细胞的策略说明。 BEF，胚胎成纤维细胞； OSMK、Oct4、Sox2、cMyc、Klf4； FB，成纤维细胞培养基； PSC，多能干细胞培养基； PSC+、含添加剂的 PSC。 (B) 在小鼠胚胎成纤维细胞上生长的已建立 BiPS 细胞集落的形态学。 (C) BiPS 细胞中 Oct4 的免疫荧光检测。 (D) RNA-seq 数据的 MA 图，说明蝙蝠胚胎成纤维细胞 (BEF) 和多能干细胞 (BiPS) 之间的转录差异。 突出显示了在建立或维持多能性方面具有已知功能的选定基因。 (E) 从 BEF 或 BiPS 细胞获得的 ATAC-seq 信号的 Kmean 聚类分析。 C、集群。 (F)，从 BEF 和 BiPS 细胞获得的 RRBS 结果的密度图。 PCC，皮尔逊相关系数。 (G) BEF 或 BiPS 细胞 ChIP-seq 后 K4（激活染色质修饰）或 K27（抑制染色质修饰）处组蛋白 3 甲基化状态的散点图，如图所示。 (H) BiPS 细胞中 H3K4me3 和 H3K27me3 的散点图，说明 BiPS 细胞中存在二价染色质位点。 (I) 与 BEF 细胞相比，在 BiPS 中激活（Nanog、Kit）或抑制（Thy1）的选定基因的 RNA-seq、ATAC-seq 和 H3K4me3 或 H3K27me3 ChIP-seq 信号，这些基因在重编程中具有已知的作用。
使用转座酶可及染色质测序（ATAC-seq）测定评估改良重编程方法对蝙蝠表观遗传分子和染色质的影响。 还进行了脱氧核糖核酸 (DNA) 甲基化组作图分析以及染色质免疫沉淀和测序 (ChIP-seq) 分析。 优化方案以允许蝙蝠 SC 分化为三个胚层，同时进行胚状体 (EB) 分化测定以评估多能性。
然后将蝙蝠 iPSC (BiPSC) 注射到免疫抑制的小鼠体内，并用 BiPSC 创建胚胎结构。 该研究方案通过从进化距离较远的蝙蝠鼠耳蝠中开发 BiPS 细胞来验证。
在蝙蝠物种菊头蝠和系统发育上不同的哺乳动物物种（小鼠、人类、狗、猪和狨猴）中进行了比较转录基因谱分析和主成分分析（PCA）。
进行基因本体分析以评估特定生物途径的最先进的基因富集。 基于干细胞核糖核酸 (RNA) 测序 (RNA-seq) 数据的宏基因组分类、从头推定的逆转录病毒重叠群组装以及用于识别真正逆转录病毒读数的基因组作图，开发了新的管道。 此外，还检查了与RNA病毒相关的抗原标记。
研究结果
特定的重编程因子比例以及在培养基中添加成纤维细胞生长因子-2 (Fgf-2)、干细胞因子 (Scf)、白血病抑制因子 (Lif) 和毛喉素，使 BiPSC 的生长不受抑制，在 14 至 16 天内出现均匀且密集的蝙蝠集落。
BiPSC 表达 Oct4 多能性因子，其增殖速率与人类 PSC 的增殖速率相同。 大多数细胞含有 56 条染色体，并且在没有外源重编程因子和形态变化的情况下进行复制。
BiPSC 分化为三个胚层，随后形成 EB 和类器官。 RNA-seq 分析显示经典多能性相关基因（如 SRY-2、Nanog 和 Oct4）的诱导内源表达。
然而，遗传图谱与多能状态并不完全一致。 相反，表达了幼稚多能状态因子，例如 Klf4 和 17、雌激素相关受体 β 蛋白 (Essrb)、转录因子 E3 (Tfe3) 和转录因子 CP2 Like 1 (Tfcp2l1)。 观察到共表达的 Tfcp2l1/锌指蛋白 (Zic2) 和 Orthodenticle Homeobox 2 (Otx2)/Tfe3 以及引发/初始因子。
在整个蝙蝠基因组中观察到染色质构型和 CpG 191 甲基化的变化。 ChiP-seq 结果显示人类和蝙蝠二价基因之间存在重叠，尽管有些基因是物种特异性的。
BiPSC 进行了转录和表观遗传重编程。 BIPSC 的外胚层、中胚层和内胚层的配对盒蛋白 (Pax6)、213T 和甲胎蛋白 (AFP) 标记物呈阳性。
ERAS 基因下调，而透明质酸酶和 ADP 核糖基化因子 (ARF) 基因在各组之间无法区分。 菊头菊胚芽显示胚胎结构与扁平的滋养层上皮生长和内部细胞团扩张结合。 鼠耳蝠的结果表明该研究方案可以应用于不同的蝙蝠物种。
PCA 分析揭示了一组独特的蝙蝠干细胞。然而，在 R. ferrumequinum 中，只有 8 个顶级基因表现出显着的正选择，大多数基因属于意想不到的类别。 此外，冠状病毒疾病是京都基因和基因组百科全书（KEGG）中扩展最显着的类别。
在 BiPSC 中检测到 III 型胶原蛋白 α 1 (Col3a1) 和粘蛋白 1 (Muc1) 基因，表明蝙蝠特有的遗传适应。 重编程揭示了内源性逆转录病毒（ERV）序列。
BiPSC 含有多个与病毒相关的内源序列，其区域与人类疱疹病毒 4、人类呼吸道合胞病毒和 SARS-CoV-2 分离株同源。 R. ferrumequinum 的基因组序列与人类冠状病毒 229E 和人类冠状病毒 OC43 相似。
鉴定出几个与 Mason-Pfizer 猴病毒、考拉病毒和 Jaagsiekte 羊逆转录病毒等病毒同源的逆转录病毒整合位点。 该基因组与水痘病毒、天花病毒、松鼠痘病毒、猴痘病毒和白痘综合征病毒同源。
结论
BiPSC 序列与病毒基因组序列相似。 因此，可以利用蝙蝠的转录许可多能性状态来发现与蝙蝠生理学及其病毒宿主能力有关的新型蝙蝠病毒序列。
这篇新闻文章是对初步科学报告的评论，该报告在发表时尚未经过同行评审。 自首次发表以来，该科学报告现已经过同行评审并接受在学术期刊上发表。 初步报告和同行评审报告的链接可以在本文末尾的“来源”部分找到。 查看来源
参考：
- Vorläufiger wissenschaftlicher Bericht.
Dejosez, M., Marin, A., Hughes, GM, et al. (2022). Pluripotente Stammzellen von Fledermäusen offenbaren einzigartige Verflechtung zwischen Wirt und Viren. bioRxiv. doi:10.1101/2022.09.23.509261. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.09.23.509261v1. - Von Experten begutachteter und veröffentlichter wissenschaftlicher Bericht.
Déjosez, Marion, Arturo Marin, Graham M. Hughes, Ariadna E. Morales, Carlos Godoy-Parejo, Jonathan L. Gray, Yiren Qin, et al. 2023. „Pluripotente Stammzellen von Fledermäusen offenbaren ungewöhnliche Verflechtung zwischen Wirt und Viren.“ Zelle 186 (5): 957-974.e28. https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.01.011. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0092867423000417.
文章修改
- 15. Mai 2023 – Das vorab gedruckte vorläufige Forschungspapier, auf dem dieser Artikel basiert, wurde zur Veröffentlichung in einer von Experten begutachteten wissenschaftlichen Zeitschrift angenommen. Dieser Artikel wurde entsprechend bearbeitet und enthält nun einen Link zum endgültigen, von Experten begutachteten Artikel, der jetzt im Abschnitt „Quellen“ angezeigt wird.