LincRNA1230抑制小鼠胚胎干细胞向神经前体细胞分化

胚胎干细胞是一类具有多向分化潜能的细胞.胚胎干细胞可以模拟体内发育过程,在无外界信号分子刺激的情况下,自发向神经前体细胞分化.有研究表明,这一体外发育过程受神经分化相关转录因子和表观遗传修饰的共同调控,然而该过程中的分子机制尚不清楚.本研究发现长链非编码RNA1230(LincRNA1230)参与了小鼠(Mus musculus)胚胎干细胞向神经前体细胞的分化过程.在小鼠的胚胎干细胞中过表达LincRNA1230可以显著抑制其神经分化效率;反之,干扰LincRNA1230可以提高分化效率.进一步研究表明,LincRNA1230通过结合Wdr5,降低神经分化相关基因启动子区H3K4me3的修饰水平,从而抑制相关基因的表达活性.这些发现揭示了LincRNA1230在小鼠胚胎干细胞神经分化过程中的重要作用.     

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。     

ERK信号通路在人胚胎干细胞造血分化中的作用研究

细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinase,ERK)信号通路在斑马鱼及小鼠造血发生中发挥着重要作用,但其在人胚胎干细胞(human embryonic stem cells,h ESCs)造血分化中的作用尚不清楚。该研究利用h ESCs单层造血分化模型及ERK信号通路抑制剂PD98059探索了ERK信号通路在h ESCs造血分化中的作用。采用免疫荧光技术、流式细胞术分析发现,PD98059能够显著抑制CD43~+造血干/祖细胞的产生。进一步的研究发现,PD98059的作用阶段为APLNR+侧板中胚层产生阶段,在该作用阶段添加PD98059与造血分化全程添加对CD43~+造血干/祖细胞产生的抑制效果一致。该研究结果表明,抑制ERK信号通路通过抑制侧板中胚层细胞的产生而抑制h ESCs造血分化。该研究为建立体外h ESCs高效造血分化体系及规模化产生功能性血细胞奠定了理论基础。     

FEZF 1在人胚胎干细胞早期神经分化过程中的作用研究

研究模型的缺乏和人源细胞的伦理问题极大地限制了人早期神经发育机制的研究.人胚胎干细胞具有体外无限增殖和分化为人体内各种细胞的能力,为研究人神经发育提供了重要的工具.本研究利用化学成分确定的神经诱导体系和高通量筛选策略,发现Fez锌指家族1(FEZF1)在人胚胎干细胞神经分化过程中快速表达,且先于人神经前体细胞标志基因PAX6的表达,提示FEZF1是人早期神经发育中的重要调控因子.随后利用CRISPR/CAS9技术构建了FEZF1敲除的人胚胎干细胞株,发现敲除FEZF1阻碍了人胚胎干细胞的神经分化进程.此外,FEZF1敲除抑制了人胚胎干细胞神经分化过程中多能性的丢失,部分揭示了FEZF1缺失引起神经发育缺陷的机制.然而,单独过表达FEZF1并不能驱动人胚胎干细胞的神经分化,表明FEZF1是神经分化的必需调控因子,却不足以启始人胚胎干细胞的神经分化.总之,本研究发现了FEZF1是人早期神经分化的重要调控因子,为理解人神经发育奠定了理论基础.     

干细胞命运决定的分子调控网络

来源于囊胚期胚胎内细胞团的胚胎干细胞具有独特的生物学特性,包括无限自我更新的能力以及分化为内胚层、中胚层和外胚层各种细胞的潜能.阐明胚胎干细胞全能性维持以及向各种特定细胞分化的分子机制,不仅有助于我们了解胚胎发育过程,而且将促进胚胎干细胞尽早应用于疾病治疗.本文主要就干细胞的一种命运决定过程,维持胚胎干细胞全能性或失去全能性开始分化,结合最新的研究进展讨论该过程中的分子调控网络,包括信号转导通路、表达调控网络以及表观遗传调控.     

人胚胎干细胞和拟胚体基因表达谱的初步分析

利用人类全基因组Affymetrix芯片检测人胚胎干细胞与其自发分化7d的拟胚体之间的差异表达基因.结果显示:与未分化的人胚胎干细胞相比.在分化7d的拟胚体中表达下调2倍及以上的已知和未知基因共有1100个,表达上调2倍及以上的已知或未知基因共有2283个.利用Gostat对这些差异表达基因进行功能分析,发现它们分别与细胞的生物代谢过程、信号传导通路、系统发育、细胞分化、分子功能及亚细胞组分相关.胚胎干细胞具有自我更新能力,是研究早期胚胎发育理想的细胞模型,因此对差异表达基因的功能研究有助于了解维持人胚胎干细胞自我更新的分子机制以及胚胎发育早期的分子事件.     

胚胎干细胞分化为血管内皮细胞的分子调控机制

胚胎干细胞在不同的诱导条件下具有多向分化的潜能,多种胞内外信号途径参与其分化过程的调控。现就胚胎干细胞向血管内皮细胞分化的诱导条件及分子机制做一综述,并阐明不同阶段的内皮前体细胞所表达的不同分子标志,同时提出胚胎干细胞在再生医学中的应用前景。     

动物极帽生物分析法在细胞分化分子调控研究中的应用

动物极帽是两栖类囊胚期预定外胚层的部分,可以在不同条件下诱导分化为中胚层和内胚层的组织或器官。动物极帽生物分析法（animal cap bioassay）在研究两栖类动物胚胎干细胞分化的分子机制中发挥了重要的作用。该文综述了近5年内动物极帽分析法在研究中胚层、血管和神经细胞分化分子调控中的应用。     

心脏成纤维细胞旁分泌能力影响小鼠胚胎干细胞的命运（英文）

本研究旨在探讨心脏成纤维细胞旁分泌能力对小鼠胚胎干细胞的影响。新生小鼠和成年小鼠成纤维细胞的条件培养基(ConM-NCF、ConM-ACF)分别稀释50倍(1:50)或5倍(1:5),通过RT-real time PCR技术、ELISA、细胞增殖检测以及计数心肌分化过程中跳动拟胚体(embryoid body, EB)的比例,观察这些条件培养基对小鼠胚胎干细胞的影响。结果显示,成纤维细胞细胞因子的分泌能力在发育过程中发生显著变化,其中白细胞介素6 (interleukin 6, IL6)随发育成熟显著增加。ConM-NCF抑制干细胞的增殖,但高、低浓度对干性基因表达的作用不同。Con M-ACF 1:50促进干细胞增殖并上调干性基因,但Con M-ACF1:5作用相反。ConM-NCF和ConM-ACF都能抑制干细胞的心肌细胞分化能力,但又各有特点:ConM-NCF 1:50抑制早期心肌分化但不影响晚期心肌细胞标记物的表达;ConM-ACF 1:50抑制早期心肌分化比ConM-NCF 1:50更显著,阻碍心肌成熟并上调分化晚期的心肌细胞标记物表达水平。此外,IL6中和抗体抑制ConM-ACF 1:50对干细胞的促增殖作用,但不影响ConMNCF 1:50的作用。干细胞分化过程中长期应用IL6中和抗体,抑制早期心肌细胞分化,但对晚期分化不产生影响。以上结果提示,心脏成纤维细胞分泌的细胞因子种类和浓度都对小鼠胚胎干细胞的增殖、干性基因表达和心肌分化有重要意义,其中ConM-ACF分泌的IL6是干细胞干性维持和心肌细胞分化的有利因素。     

过表达FOXN1基因诱导人胚胎干细胞向胸腺上皮细胞定向分化的研究

通过在人胚胎干细胞中过表达转录因子FOXN1(forkhead box protein N1),观察细胞形态变化并检测标志基因的表达,成功地将其定向分化为胸腺上皮细胞。利用TALEN介导的同源重组在人胚胎干细胞中敲入FOXN1-m Cherry报告元件,使其能够指示内源FOXN1的表达。通过Teton诱导表达慢病毒系统在人胚胎干细胞系X-01中过表达FOXN1,发现人胚胎干细胞逐渐分化,细胞形态变扁平,细胞体积变大,表现出类似胸腺上皮细胞的形态。RT-PCR结果表明,过表达FOXN1后胸腺上皮细胞的标志基因TBX1、HOXA3、EYA1、K5、K8和内源FOXN1的m RNA水平都显著上调,并且随着诱导时间的延长而增加,在第12 d达到最高。对诱导后第12 d所得的细胞进行免疫染色可观察到K5(keratin 5)和K8(keratin 8)的表达,其中19%的细胞表达K5,45%的细胞表达K8。上述结果表明,通过过表达FOXN1可诱导人胚胎干细胞定向分化为胸腺上皮细胞。     

低氧通过上调Wnt5a促进人胚胎干细胞向生血内皮细胞分化

胚胎的早期发育是在低氧条件下进行的,低氧环境在胚胎血管发生及造血发育中起着重要作用,低氧条件能促进胚胎干细胞在体外向内皮细胞和造血细胞的分化,但低氧条件对造血细胞产生的具体作用及相应机制尚不清楚．本研究利用人Es细胞向造血祖细胞定向分化体系,发现低氧环境可以促进CD31＋TIE2＋造血内皮祖细胞的产生,2天后造血内皮祖细胞开始表达终生造血基因．进一步研究发现,低氧能够上调Wnt5a的表达,干涉Wnt5a能够抑制低氧环境对生血内皮细胞分化的促进作用．在正常氧环境下加入Wnt5a产生促进生血内皮细胞分化的效应,该效应与低氧处理促进生血内皮细胞产生的作用相似．本研究首次证明了低氧通过上调Wnt5a的表达促进人Es细胞向生血内皮细胞的分化,为ES细胞向生血内皮细胞的分化及造血祖细胞分化的研究提供了新的线索．     

小鼠胚胎干细胞定向分化为神经干细胞过程中microRNA的变化

目的用生物芯片技术分析胚胎干细胞定向分化为神经干细胞过程中microRNA(miRNA)的表达变化,筛选调控的分化的miRNA,研究分化调控机制。方法胚胎干细胞在含LIF培养基中培养3d后,采用经典5步培养方法定向诱导向神经干细胞分化,采用nestin作为神经干细胞标记进行鉴定,送检胚胎干细胞及神经干细胞,提取总RNA以及小分子RNA,经荧光标记后与miRNA基因芯片杂交,获得胚胎干细胞诱导前后miRNA表达谱。结果1)胚胎干细胞在含LIF培养过程中保持未分化状态,Oct-4、碱性磷酸酶表达阳性;2)经典五步法诱导胚胎干细胞定向分化为神经干细胞,nestin阳性细胞为85%;3)通过基因微阵列分析,有90个miRNA的改变显著,其中68个表达上调,22个表达下调。结论miRNA可能对胚胎干细胞定向分化为神经干细胞过程起到关键作用。     

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.     

干细胞定向分化的基础和临床应用研究

胚胎干细胞具有多向性分化的潜能,可以分化成为内、中、外三个胚层的所有细胞,存在于组织器官中的成体干细胞（包括心脏等的前体细胞）也能分化成为某些细胞,用来修复、补充体内受损、死亡的细胞.目前干细胞研究的重点是：干细胞未分化和多向性机制的基础研究;干细胞向特定细胞群体分化的调控和分化细胞的应用研究,而后者是连接基础研究和临床研究的必经之路.干细胞的基础和临床应用研究不但可以了解正常的胚胎发育过程,而且利用掌握的知识通过体外诱导或体内激活的方法针对性地治疗某些疾病.目前我们的研究集中在神经细胞（包括视网膜细胞和内耳前体细胞）、脂肪细胞和心肌细胞定向分化的分子机理,并通过疾病动物模型验证这些定向分化的细胞的功能.希望通过建立人胚胎干细胞以及成体干细胞向外胚层的特种神经元（包括前脑神经上皮细胞、GABA和胆碱能神经元、视觉细胞、听觉细胞、多巴胺能神经元）和中胚层的脂肪细胞、骨细胞以及心肌细胞定向分化的模型,继而采用蛋白质组学和基因组学最新技术分析这些建立的模型,研究相关因子通过哪条信号传导通路导致这些细胞的定向分化或者通过改变哪个目的基因的表达,或改变目的蛋白的修饰导致干细胞定向成神经细胞、脂肪细胞和心肌细胞;研究成年脑内源性干细胞定向诱导成这些功能性神经元的机理,并进行比较研究.用Lentivirus转染干细胞高表达、或用RNA干扰抑制上述研究得到的目的基因,在细胞模型和动物体内验证这些信号通路和目的基因在干细胞定向分化中的作用.     

敲除Pofut1不影响胚胎干细胞向神经元分化

蛋白O-连接岩藻糖基转移酶1 (Pofut1)基因缺失可导致Notch分子无法与配体结合并启动信号传递. 为研究Pofut1基因对哺乳动物胚胎干细胞（ESC）向神经分化的影响,利用Pofut1基因敲除的胚胎干细胞与野生型胚胎干细胞,经体外培养诱导拟胚体（EB）分化为神经细胞,计数分化为神经细胞的比例,采用细胞免疫组化染色和real-time PCR等方法,分析神经细胞特异性标志分子的表达. 结果显示,Pofut1基因缺失后,对EBC生长没有明显影响,分化过程中形成的拟胚体数量明显增多,分化的神经样细胞以及神经标志物分子的表达也明显多于对照组;Notch信号缺失对小鼠胚胎干细胞生长无明显影响,但可以促进ES细胞向神经细胞分化.     

SRSF1调控人胚胎干细胞向造血分化

可变剪接属于转录后调控,通过调控细胞增殖、分化等生物学过程影响细胞的命运决定与谱系分化。现有研究表明,剪接相关因子在造血发育过程中发挥重要作用,但剪接因子SRSF1在早期造血分化过程中是否有功能仍然未有报道。早期的研究证实,剪接因子SRSF2可通过调控NUMB的可变剪接影响生血内皮细胞产生。在人胚胎干细胞造血分化模型不同阶段细胞的RNA-seq以及RT-qPCR数据均表明,SRSF2与SRSF1在造血分化过程中的表达模式相似,在生血内皮产生阶段表达变化最显著。为了探究SRSF1在造血分化过程中是否影响生血内皮细胞的产生,该研究构建了诱导性过表达SRSF1的人胚胎干细胞稳定株,发现过表达SRSF1促进生血内皮细胞的产生;并且通过RNA干扰技术在生血内皮细胞产生阶段敲低剪接因子SRSF1,发现敲低SRSF1能抑制生血内皮细胞的产生。通过可变剪接体外报告系统证实剪接因子SRSF1能够结合到NUMB exon 9上的相关位点并且促进NUMB短转录本的产生。该研究证实,SRSF1能够影响生血内皮阶段,这可能是通过调控NUMB的可变剪接完成的,为生血内皮的产生提供了另一项理论依据。     

通过模拟胚胎微环境逆转肿瘤的研究进展

肿瘤的发生和发展源于一小部分具有自我更新能力的肿瘤干细胞。胚胎干细胞也具有自我更新和多向分化的特性。胚胎干细胞特异的基质微环境能够提供干细胞正常生长的调控分子,在细胞不断更新的情况下,使增殖和分化达到平衡。受胚胎干细胞调节的基质或胚胎微环境作用于肿瘤细胞,可以使肿瘤细胞获得更多的分化表型,显著降低其恶性程度,抑制肿瘤细胞的侵袭行为。进一步的分子机制研究发现,在肿瘤细胞中高表达的Nodal蛋白会抑制肿瘤细胞分化,而胚胎干细胞分泌的糖基化Lefty蛋白可以负反馈调节Nodal蛋白的作用,从而降低肿瘤细胞的恶性程度。利用组织工程来模拟胚胎干细胞微环境,保留Lefty蛋白,从而逆转肿瘤的方法具有广阔的前景。     

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。     

Gadd45g诱导小鼠胚胎干细胞向中内胚层分化

为探究生长阻滞和DNA损伤诱导蛋白45γ(Growth arrest and DNA-damage-inducible protein GADD45 gamma,Gadd45g)对小鼠胚胎干细胞(mouse embryonic stem cells,m ESCs)在体外培养条件下自我更新状态的影响,通过设计并构建含有Gadd45g基因的重组质粒,将其导入m ESCs内,过表达目标基因;在含有白血病抑制因子(LIF)的血清培养条件下,通过细胞计数、碱性磷酸酶染色、qRT-PCR以及免疫荧光等实验手段检测m ESCs的生长情况。结果显示,与对照组相比,过表达Gadd45g基因后,m ESCs的生长速度减缓,碱性磷酸酶活性降低,且中内胚层标志基因的表达水平显著上升。进一步研究发现,在添加LIF的有血清或2i无血清培养体系中,过表达Gadd45g均可以降低细胞内STAT3蛋白的磷酸化水平,由此推断上调Gadd45g的表达会抑制STAT3的活性,从而推动m ESCs向中内胚层分化。研究结果扩大了目前人们对于ESCs分化机制的理解,有利于胚胎干细胞未来的基础研究与安全应用。     

VentX促进人类造血干细胞向红系分化

GATA-2作为GATA家族成员,其通过与靶基因的GATA结合位点结合,在造血系统发育中起关键性的调节作用。VentX是非洲爪蟾蜍xvent基因同源的哺乳动物基因,最近研究发现,其参与了中胚层的分化定型及造血干细胞的维持,并且在细胞衰老、增殖、分化及炎症反应等的调节中发挥功能。为探索VentX基因与GATA-2的关系及其对造血干细胞红系分化的调节功能,首先在K562细胞株中进行了VentX启动子分析,发现GATA-2可以通过结合到VentX启动子区两个GATA结合位点来顺式调控Vent X;继而在人骨髓(造血)干细胞中的实验显示,过表达GATA-2或过表达VentX,均可抑制CD34~+细胞的增殖,促进CD34~+细胞向红系分化。以上实验结果为临床红细胞来源提供了有价值的研究线索。