HOXB6启动人胚胎干细胞向中胚层分化

HOXB6在胚胎发育过程中发挥重要作用,但在人胚胎干细胞中胚层分化中的作用尚不清楚。该研究利用人胚胎干细胞中胚层分化模型结合RNA-seq分析发现,HOXB6在中胚层分化过程中显著上调,敲降HOXB6的表达抑制人胚胎干细胞向中胚层分化,提示HOXB6在中胚层分化过程中发挥功能。通过建立HOXB6诱导性过表达的人胚胎干细胞株发现,HOXB6过表达抑制人胚胎干细胞多能性标志分子的表达,并且显著上调中胚层标志分子的表达。该研究表明,HOXB6单独过表达能够启动人胚胎干细胞向中胚层分化,为理解人类早期发育和建立人胚胎干细胞高效诱导分化体系提供了理论依据。     

多肽生长因子与中胚层诱导

近几年来,许多发育生物学家采用分子生物学手段对利用实验胚胎学方法所揭示的胚胎早期发育的重要现象进行了分析研究,其中关于中胚层诱导的分子及细胞生物学机制的研究获得了极有意义的进展。研究中胚层诱导虽然主要以两栖类动物胚胎为主,但实际上中胚层诱导现象存在于所有脊椎动物的早期胚胎中,     

爪蟾胚胎原肠中期背方中胚层的组织分化

原肠中期内卷的背方中胚层出现了分别控制脊索和肌肉发育的专一分子的区域化表达。为了研究这个时期的背方中胚层是否已经能够在脱离体内信号的情况下向预定命运分化,我们进行了预定脊索和预定肌肉组织的体外培养,以及两者的共培养,并检测了细胞表达组织专一性分子的情况。原肠中期的预定脊索区域和预定体节区域都能在体外分化成相应的组织——空泡化的脊索和肌细胞,但脊索只能微弱表达其功能分子Shh,肌细胞不能形成肌节。预定脊索区域和预定肌肉区域的共培养也无法增强脊索表达Shh和促进肌细胞形成肌节。我们的结论是,原肠中期内卷的中胚层细胞已经具有了朝预定命运独立分化的能力,但进一步形成功能和结构都完整的相应组织可能还需要周围组织的作用。     

中胚层细胞谱系研究

深入认识中胚层细胞谱系产生和发育分化过程有助于体外获得大量可用于移植的、有功能的中胚层来源成体干细胞,为基础科学和再生医学治疗提供理论指导。中国科学院战略性科技先导专项"干细胞与再生医学研究"项目内的中胚层研究,以肌肉和血液两个中胚层来源细胞谱系决定为切入点,探讨中胚层细胞谱系在发育分化过程中的重要功能和调控机制,建立成体干细胞体外扩增培养体系,为中胚层来源干细胞的自我更新、迁移增殖和定向分化研究提供重要的理论基础,并为中胚层系统疾病提供治疗靶点和细胞来源。现将对先导项目启动五年来开展的研究内容及其取得的研究成果进行介绍。     

中胚层细胞的形成及向血系分化的研究进展

在原肠运动过程中,原条的位置上出现一类新的细胞将上胚层和下胚层分隔开,并且形成新的胚层,这层新的细胞称为中胚层。中胚层细胞将来分化为血液、骨骼、肌肉、肾脏、结缔组织、真皮、泌尿生殖系统等重要的组织和器官。其中,血液系统是维持正常生命活动的重要组成部分。血液系统形成过程受到复杂而又精细的分子调控。近年来,随着单细胞RNA高通量测序技术和生物信息学分析方法的不断发展,中胚层细胞的分子特性、命运图谱及其血系分化机理的神秘面纱被逐步揭开。     

人胚胎干细胞定向中胚层细胞分化的miRNA-mRNA网络调控

胚胎来源的中胚层细胞可以分化为心血管、血液和肌肉组织等多种类型细胞,而应用人胚胎干细胞分化为中胚层细胞的体外模型可为研究中胚层及其衍生的细胞谱系的分子调控机制提供重要手段。miRNA调控基因的表达通过多条信号通路参与中胚层细胞分化,但其调控机制虽有相关研究却并未完全阐明,特别是从整体水平上探索基因与非编码RNA表达变化及其相互作用的网络调控。该研究根据生物信息学分析,构建通过调节多条信号通路参与人胚胎干细胞向中胚层分化的潜在miRNA-mRNA调控网络,以便更全面地阐明人胚胎干细胞的分化机制。通过基因芯片和二代测序(RNAseq)技术检测筛选人胚胎干细胞诱导分化为中胚层细胞过程差异表达的miRNA和基因,并应用生物信息学分析预测差异表达miRNA的靶基因,将靶基因与差异表达基因取交集获得目标基因。同时,对差异表达基因和目标基因进行GSEA富集、GO注释及KEGG富集分析。最后,构建miRNA-mRNA的调控网络和筛选出关键基因并检测关键基因的表达。该研究共筛选出287个差异表达的miRNA和739个差异表达基因,预测差异表达miRNA的靶基因为13 064个,13 064个靶基因与739个差异表达基因取交集共获得目标基因401个。GSEA和KEGG富集分析发现,多条参与中胚层分化的信号通路,主要涉及Wnt/β-catenin、TGF-β和Hippo三条重要的信号通路。通过构建miRNA-mRNA调控网络,结果显示100个miRNA靶向Wnt/β-catenin通路中的11个基因,59个miRNA靶向TGF-β通路中的7个基因,有106个miRNA靶向Hippo通路中的10个基因。通过RT-qPCR验证三条通路中关键基因的表达。因此,该研究揭示了在中胚层分化过程中,Wnt/β-catenin、TGF-β和Hippo信号通路起了重要的调控作用,可能通过与各种miRNA-mRNA相互作用形成复杂的网络调控系统,精确调控人胚胎干细胞定向分化为中胚层细胞。     

胚胎干细胞向中内胚层分化的调控机制

在哺乳动物胚胎发育过程中,中内胚层(mesendoderm)也被称为原条(primitive streak),是中胚层和内胚层分化的过渡时期。中内胚层的存在时间较短,但成功的中内胚层分化对随后进行的中胚层与内胚层发育至关重要。发育生物学的研究极大地推动了人们对胚胎发育的认识,同时,越来越多体外分化系统的建立也加深了对环境信号如何影响胚层分化的理解。近些年来,通过表观遗传的研究,人们逐渐认识到染色体结构与组蛋白修饰的改变也在分化发育过程中起到重要作用。通过胚胎干细胞定向诱导中内胚层分化来探究相关分子机制,不仅有助于对早期胚胎发育的了解,也有助于临床应用与疾病治疗。现总结了TGF-β信号、Wnt信号和FGF信号调控中内胚层分化的研究现状,并概述了这些信号如何与表观修饰共同调控胚胎干细胞向中内胚层分化的进展。     

胚胎干细胞向内胚层分化的分子机制及其组学研究进展

胚胎干细胞(ESC)在发育过程中分化为内胚层、中胚层和外胚层3个胚层.其中内胚层进一步向终末细胞的分化,是形成整个消化道和呼吸道,以及肝脏、胰腺等器官的基础.ESC形成内胚层主要经历以下几个分化阶段:外胚叶的分化、原条的形成、内胚层与中胚层的分离以及定型内胚层的形成.本文主要从信号通路、转录因子以及表观遗传调控等几个方面综述胚胎干细胞向内胚层分化的分子机制,并重点介绍其组学研究进展,以期为该领域研究者提供重要参考信息.     

脊椎动物体节形成的分节时钟调控机制

脊椎动物胚胎发育早期中胚层细胞的分节时钟控制着体节的周期性形成。体节是沿身体轴的重复结构,最终发育形成椎骨和肋骨。如果分节时钟受到干扰,体节形成就会出现缺陷,从而导致身体发育异常,最终产生脊柱先天性疾病。参与体节发育的主要模型是时钟和波前模型。中胚层分化由组合梯度系统调节,该系统涉及成纤维细胞生长因子（FGF）、Wnt/β-catenin和视黄酸（RA）信号通路。FGF信号和Wnt/β-catenin信号控制后中胚层处于未分化状态,RA信号则诱导前中胚层细胞分化导致体节成熟。因此相反的信号梯度在特定位点达到平衡。当分子振荡器从尾芽起始表达并以行波模式向前传播至信号平衡临界点时,将启动分节时钟程序,触发Mesp2等分化基因表达,表现为未成熟的前体节中胚层发育形成一对体节。随着细胞二维培养体系和时事报告系统的成熟,研究人员成功在体外将干细胞诱导分化至中胚层并实现了分节时钟的二维可视化振荡。研究表明,细胞通信中的耦合延迟可以保持相邻细胞之间同步振荡,因此导致体节边界和双侧对称形成。此后研究人员在体外重建了诱导多能干细胞的三维培养系统,再现了具有前-后（AP）轴特征的体节样结构的形成。这为解码分节时钟网络调控机理、探索体节双侧对称形成以及不同物种发育速率的代谢调控机制提供了一个宝贵的研究体系。同时为探索病理性体节缺陷发展中的失调机制创造了一个平台。     

决定两栖类胚胎形体构造之控制因子

本文综述了自H.Spemann 发现“组织者”以来,初级胚胎诱导作用研究的历史进程。庄孝僡1940年的工作证明成体组织含有化学性质不同的诱导物质,被认为是一个里程碑。此后,50—70年代欧洲和日本等实验室的探索,在中胚层诱导物质研究方面取得较大的进展。1987年J.C.Smith 发现爪蟾细胞系分泌的专一的中胚层诱导因子为一种多肽生长因子(激活素activin),取得了重大的突破,不过是否为内源的中胚层诱导物质仍难以肯定。在反应组织方面,作者综述了外胚层年龄、反应细胞数量、剂量效应以及细胞间通讯和生长因子受体与反应能力的关系。同时还注意到有尾类和无尾类外胚层对缺钙,LiCl 处理的反应能力有差异。根据对Suramin 和XFD-1基因研究结果,作者假定爪蟾初级胚胎诱导作用包括一系列事件:对植物极发出的中胚层诱导信号,位于边缘区的细胞,因反应能力的差异而出现背腹方分化。背部中胚层(“Organizer”)在原肠早期,随着背唇区专一些凶(如gooscoid,XLM-1等含同源异形框的基因)的逐次表达而决定。原肠中期,更多的基因及其产物(包括神经诱导因子)被激活和产生,结果导致中枢神经系统的诱导和区域分化。     

Forms of the Word and the Mystery of the Objectified Nature of the Word

The time has come to proceed from forms of givenness of the word to forms of the word as such. They can, if you like, be called external and inner structures. Humboldt, however, preferred to speak of the external and inner forms of the language. Shpet adopted precisely this distinction. Why did this problem interest Shpet? Already in [Appearance and sense], he had set the task of returning to the source of pretheoretical, living science. Shpet wrote that the outer cover of words and logical expressions obscure the objectified meaning and that it was necessary to remove another cover from the objectified sign so as to grasp a certain genuine intimacy, and in it the fullness of being (Shpet, 1914. Pp. 5-6). We shall keep in mind this major undertaking posed by this scientist. The existence of the inner form of words should not come as a surprise. That same year (1914) Ortega y Gasset wrote that material objects have a third dimension. However, we cannot see or touch it: "For just as depth needs a surface beneath which to be concealed, the surface, or outer cover, in order to be so, needs something over which to spread, covering it" (Ortega y Gasset, 2000. Pp. 62-63).