从诱导多能干细胞中设计一种新的肌源性分化基质

自他们的发现以来，研究人员已经反复证明了诱导多能干细胞产生的分化细胞和组织的潜在医学应用。然而，现实医学应用的一个重大障碍与用于培养和诱导iPS细胞分化为分化细胞类型的基质有关

特别是，尽管已经报道了从iPS细胞产生肌细胞和肌肉干细胞（MuSC）的分化方案，但它们的效率仍然相对较低，需要使用一种名为Matrigel的流行动物源性基质

向前看，有必要制定更有效的诱导方案，并向能够确保成本效益、再现性和安全性的无异种（不含动物衍生产品）基质转变

这项研究的结果于2024年4月29日发表在《高级科学》杂志上。

先前的研究已经确定重组层粘连蛋白E8（LM-E8）片段是iPS细胞培养的最小底物，但它们不支持肌源性分化。为了鉴定能够支持iPS细胞产生肌细胞和MuSC的LM-E8变体，该团队测试了具有不同组成的各种层粘连蛋白，但发现它们只支持显著较低水平的肌源性分化

研究人员推断，perlecan是一种多功能硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（HSPG）核心，在Matrigel中具有多条硫酸乙酰肝素链，可能对其支持最佳iPS细胞维持和分化所需的各种分子相互作用的能力至关重要，因此设计了一种连接到具有三条HS链（D1-HS）的perlecan结构域1上的LM-E8

研究人员通过将这种修饰附着在LM-E8变体的C末端，观察到肌源分化的显著改善。特别是，p421亚型表现出最好的改善，甚至比Matrigel更好，因此研究人员专注于使用这种亚型来产生肌细胞和MuSC

通过检查不同阶段的分化标志物（即原始条纹（PS）、轴旁中胚层（PM）和皮肌节（DM）），研究团队证实，不仅NGLFs在促进阶段特异性标志物基因表达方面优于相应的LM-E8变体，p421始终比任何其他测试的NGLFs支持更好的分化

值得注意的是，研究人员发现p421特异性支持向PM阶段分化，因为在PM形成后没有观察到p421的有益作用。此外，使用肝素酶（降解HS链）和surfen（抑制HS介导的相互作用），他们推断p421的有益作用主要来源于HS部分

此外，通过阻断多种信号受体及其下游细胞内效应物，他们确定p421主要通过bFGF-FGFR-EGF途径促进PM诱导。基因表达分析进一步表明，该信号支持HOX基因表达，以促进未分化的iPS细胞向PS阶段发展

为了证明LM-E8和D1-HS之间结合取向的重要性，研究人员通过将HS部分连接到β-或者&gamma-LM-E8的链。尽管这些变体增加了阶段特异性标记基因的表达，但相比之下，p421表现出明显更强的效果

根据这些发现，研究团队得出结论，p421可能通过使HS结合的FGF更接近细胞表面来促进FGFR二聚化，从而帮助FGFR信号传导

最后，为了说明p421如何改善肌源性分化并克服困扰当前诱导方案的不一致性，研究团队为两种形式的肌营养不良生成了疾病和对照iPS细胞系，即Duchene肌营养不良（DMD）和Miyoshi肌病（MM）

正如预期的那样，p421支持所检查的所有iPS细胞系的肌源分化显著改善。此外，研究人员发现p421改善了几种常用培养基的肌源分化

总之，研究团队成功创建了一种重组蛋白聚糖底物，支持肌源性分化的显著增强，并证明了其潜在机制

希望NGLFs将有助于建立高效、无外源分化方案，以产生iPS细胞衍生的肌肉细胞系，用于治疗各种肌病的医学应用