GATA转录因子家族在细胞命运调控中的作用

在胚胎发育过程中,组织器官的形成依赖于干细胞在空间与时间上正确的定向分化、增殖,以及中间细胞的凋亡.这一细胞命运决定的过程必须被严格精确地调控,从而保证胚胎发育过程中组织器官形成得以顺利地进行.在此过程中,GATA转录因子家族扮演了不可或缺的角色,它们在胚层分化、造血系统和心脏形成、胸腺和肠道发育以及肿瘤发生中都起到了重要的作用.本文结合目前对GATA转录因子家族的研究和本课题组实验结果,介绍其在干细胞分化和维持,以及它们在细胞重编程中所起的作用.     

NANOG在哺乳动物早期胚胎发育与干细胞中的功能研究进展

哺乳动物的早期胚胎发育和干细胞多能性由转录因子构成的基因网络所调控。2003年,在胚胎干细胞中发现的重要转录因子NANOG位于基因网络调控中心,对胚胎第二次命运决定和基态多能性的建立至关重要。该文将在NANOG生物学特征的基础上,重点讨论其在早期胚胎发育、胚胎干细胞与诱导性多能干细胞中的功能。     

Nanog基因的功能与调控

胚胎干细胞的无限增殖能力和亚全能性决定了它在再生医学、新药开发及发育生物学基础研究中具有巨大的应用前景。探索维持胚胎干细胞亚全能性的因子及其网络的调控功能成为胚胎干细胞生物学研究的热点。已研究发现多个与维持胚胎干细胞亚全能性相关的基因如Oct4,Nanog,Sox2等,其中Nanog是2003年5月末发现的一个基因,它对维持胚胎干细胞亚全能性起关键性作用,能够独立于LIF／Stat3维持ICM和胚胎干细胞的亚全能性。几年来,Nanog的生物学功能及其与Oct4,Sox2等亚全能性维持基因之间的相互作用关系已有较为深入的研究,并发现多个调控Nanog表达的转录因子,从而进一步明晰Nanog与已知调控胚胎发育的信号通路之间的关系。在综述Nanog基因的表达特征和功能的基础上、重点探讨Nanog基因表达调控以及Oct4,Sox2等亚全能性维持基因之间的相互作用关系,并对未来的研究趋势予以展望。     

Nanog基因的功能与调控研究进展

胚胎干细胞的无限增殖能力和亚全能性决定了它在再生医学、新药开发及发育生物学基础研究中具有巨大的应用前景。探索维持胚胎干细胞亚全能性的因子及其网络的调控功能成为胚胎干细胞生物学研究的热点。已研究发现多个与维持胚胎干细胞亚全能性相关的基因如Oct4, Nanog, Sox2等,其中Nanog是2003年5月末发现的一个基因,它对维持胚胎干细胞亚全能性起关键性作用,能够独立于L1F/Stat3维持ICM和胚胎干细胞的亚全能性。几年来,Nanog的生物学功能及其与 Oct4, Sox2等亚全能性维持基因之间的相互作用关系已有较为深入的研究,并发现多个调控Nanog表达的转录因子,从而进一步明晰Nanog与已知调控胚胎发育的信号通路之间的关系。本文在综述Nanog基因的表达特征和功能的基础上、重点探讨Nanog基因表达调控以及Oct4, Sox2等亚全能性维持基因之间的相互作用关系,并对未来的研究趋势予以展望。     

多能的SoxB1家族基因

SoxB1基因家族编码一类含有HMG DNA结合结构域的转录因子。目前,已经鉴定出的SoxB1家族成员包括脊椎动物中共有的Sox1a/b、Sox2、Sox3以及硬骨鱼类中特有的Sox19a/19b,它们在性别决定、神经元特化、＂干＂性细胞自我更新及全能性维持、胚层发育等过程中发挥重要作用。向小鼠成纤维细胞中导入四个关键因子Sox2、Oct4、c-Myc及Klf4,可以成功地将体细胞诱导成具有分化全能性的干细胞,证明了SoxB1因子在发育过程中不可或缺的重要性,也极大地推动了关于SoxB1家族基因的研究。该文将围绕SoxB1基因的最新研究进展作一综述。     

诱导重编程的表观遗传调控研究进展

表观遗传调控是细胞命运变化与决定的重要基础之一。2006年,日本科学家山中伸弥发现通过4个转录因子Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc可以将已经分化的体细胞逆转回与胚胎干细胞相似的多能性状态,获得诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,i PSCs)。这种诱导重编程技术不仅是干细胞技术的一大突破,也提供了关键的体外模型用于研究细胞重编程的表观遗传机制。对该机制的深入理解将推动人类自由操纵细胞命运的进程,从而有望治疗各种因功能细胞、组织、器官缺失退化引发的疾病。从诱导重编程的表观遗传调控方向的研究进展出发,阐述通过诱导重编程发现的关键细胞命运转变表观调控机制,展望未来的主要研究目标。     

早期胚胎细胞谱系研究——揭示生命发育早期的黑盒子

哺乳动物的早期胚胎发育,通过多个层次的细胞命运决定,建立了胚胎器官发生、形态建成的整体发育蓝图,是生命体最重要的分子事件之一。早期胚胎发育过程伴随了全能性的维持和分化,以及各种多能干细胞命运的次序决定,任何发育进程上的缺陷都会对整个胚胎个体产生深远的影响。因此,研究早期胚胎谱系建立的过程、不同胚层和组织前体细胞的命运决定及其发生与发展的调控机制,不仅仅是面对国家人口政策的变化以及优生优育的需求,预防和减少早期发育疾病,还能够指导胚胎干细胞及各种多能干细胞的分化和进一步转化医学应用,因而具有极其重要的生物学意义。     

分泌型卷曲相关蛋白家族在Wnt信号通路中的双向调节作用

Wnt信号通过直接参与细胞的增殖、极化和命运特化,控制胚胎发育和成体稳态,其信号异常不仅会造成发育缺陷,而且与多种癌症和代谢性疾病的发生密切相关。分泌型卷曲相关蛋白(secreted frizzled-related proteins,sFRPs)是一种可溶性蛋白质,因其结构与Wnt信号的卷曲蛋白(frizzled,Fz)受体高度同源而被认为是一类Wnt通路拮抗剂。但随着对sFRPs家族的深入研究,发现sFRPs在Wnt信号通路传导过程中并不局限于作为一种拮抗因子,还发挥激活因子的功能。最新研究还发现,sFRPs不仅作为经典的胞外因子发挥作用,在一些肿瘤干细胞中还可进入细胞核双向调节(拮抗或激活)Wnt信号传导。本文结合最新研究,全面综述了sFRPs家族蛋白在Wnt信号传导中的双向调节作用,这有助于理解sFRPs蛋白在生物体器官发育和疾病发生中的作用。     

GATA6在肝脏发育中的作用及调控机制

GATA6 (GATA binding protein 6)是GATA锌指转录因子家族成员之一,以其保守的结合基序(G/A)GATA(A/T) 而得名。GATA家族在脊椎动物细胞命运决定与分化、增殖和迁移以及内胚层和中胚层来源的器官发育中具有重要作用。GATA6作为谱系特化因子、染色质重塑因子、多能性因子和“先锋因子”,在内胚层肝脏谱系决定、肝脏特化、肝芽生长以及肝母细胞增殖分化等阶段发挥关键的调控作用。本文综述了GATA6在肝脏发育中的作用及其研究进展,以期为进一步研究 GATA6 等发育关键转录因子的功能及调控机制提供参考。     

SOX转录因子家族在生殖细胞命运决定中的调控作用

SOX(SRY-related HMG-box)是一类含有HMG box DNA结合结构域的转录因子,自第一个SOX成员—性别决定基因SRY发现以来,先后共发现了20个成员。SOX不仅在胚胎发育、组织自稳态、神经发育、视网膜发育、骨组织形成等方面发挥重要调控功能,而且在生殖细胞的发生、分化和成熟等过程中也有重要的调控作用,如SOX17能调控胚胎干细胞向生殖细胞分化的过程中,使胚胎干细胞在体外可以诱导形成生殖细胞,为解决人类的不育问题带来了曙光。该文对近年来SOX家族在生殖细胞发育和命运决定方面的研究进展情况作一简述。     

我国科学家发现胚胎发育早期神经干细胞维持新机制

8月7月，国际著名学术期刊《发育细胞》发表我国科学家关于高等动物胚胎发育早期神经干细胞维持机制的最新研究成果。中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物研究所景乃禾研究组经长期研究发现：在神经发育早期，负性转录因子Id蛋白可以通过维持同家族中另一个转录因子Hesl基因的表达．抑制神经干细胞提前分化为神经元，使胚胎神经干细胞的数量维持在适当水平。[第一段]     

两种细胞来源的21-三体综合征诱导多能干细胞系的建立及比较

21-三体综合征是染色体异常导致的疾病,通过重编程21-三体综合征患儿两种组织来源的细胞成为多能干细胞,比较两种组织来源的细胞建立21-三体综合征诱导多能干细胞（T21-iPSCs）系的效率,为进一步研究21-三体综合征发病机制提供细胞模型,并为选择高效制备T21-iPSCs的组织类型提供理论依据。该实验利用慢病毒介导4种转录因子（Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc）分别诱导人21-三体综合征的羊水细胞和胎儿皮肤成纤维细胞,建立诱导多能干细胞系（Trisomy 21 human amniotic fl uid induced pluripotent stem cells,T21 hAF-iPSCs;Trisomy 21 human dermal fi broblast induced pluripotent stem cells,T21 hDF-iPSCs）,T21 hAF-iPSCs及T21 hDF-iPSCs在蛋白和mRNA水平上均表达人胚胎干细胞的多能性分子标记,如Oct4、Nanog等,具有在体外及体内分化三个胚层的能力,其在培养过程中能维持异常核型并能维持自我更新状态。结果发现,利用羊水细胞建立T21-iPSCs效率高于皮肤成纤维细胞,羊水细胞可能是制备T21-iPSCs的理想细胞类型。     

转录因子Oct4、Sox2和Nanog在早期胚胎发育过程中的表达调控

胚胎发育的分子机理是现今胚胎工程及发育生物学研究迫切需要了解的。由于胚胎发育的早期阶段就是胚胎干细胞阶段,因此两者在研究上有很好的重合性。通过对调节胚胎干细胞基因转录的三个具有代表性的转录因子Oct4、Sox2和Nanog的综述,展现出胚胎发育分子机理研究概况。     

ZNF143调控基因表达的机理

ZNF143(zinc finger protein 143)是由7个锌指结构组成的C2H2型转录因子,其在绝大多数脊椎动物的不同组织、细胞中广泛表达。但通常情况下,ZNF143在癌组织、胚胎发育过程中的表达高于正常组织。研究发现,ZNF143主要通过参与编码和非编码基因的激活,从而在细胞周期、细胞增殖与分裂等细胞活动中发挥重要作用。更为重要的是,近几年研究表明,ZNF143通过与其他调控蛋白质形成转录起始复合物来介导远距离染色质的相互作用,从而参与染色质结构的形成,推测其在细胞身份及命运决定中发挥重要功能。此外,由于ZNF143的表达异常往往伴随着肿瘤的发生,因此,近些年针对ZNF143来设计药物靶点的研究也取得了一定的进展。     

中国大鲵Sox2基因全长cDNA序列的克隆及组织表达分析

Sox2是Sox转录因子超家族B1亚族成员之一,对胚胎发育和神经细胞的维持有重要作用。本研究以中国大鲵(Andrias davidianus)性腺组织为材料,通过RT-PCR和RACE方法成功克隆到中国大鲵Sox2基因全长2 233 bp c DNA。系统进化树分析表明,中国大鲵与红腹蝾螈、火焰蝾螈及六角恐龙聚成一支,这与其在两栖类中分化较早相一致。实时荧光定量PCR检测Sox2基因在中国大鲵组织表达结果显示,其在性腺中的表达量最高,肾脏中次之,在肠道中几乎不表达,表明Sox2基因可能在大鲵性腺发育和生长发育过程中发挥了重要作用。这为今后进一步研究Sox2基因在大鲵性别分化中的功能提供了参考。     

Sox9在温度依赖型性别决定中的功能初探

在一些爬行动物中,个体的性别完全取决于胚胎发育过程中的环境温度,称之为温度依赖型性别决定(temperaturedependent sex determination,TSD).TSD的分子机制长期是个谜,特别是调控早期性腺分化的分子基础仍不清楚.本文通过表达分析和基因敲低手段研究了Sox9基因在红耳龟雄性性腺分化中的生物学功能,为TSD动物的性别决定和性腺发育的分子机制的研究奠定了基础.qRT-PCR显示,从性腺分化前的17期起,Sox9呈现产雄温度(male-producing temperature,MPT)性腺特异性高表达,而在产雌温度(female-producing temperature,FPT)性腺中表达水平极低.免疫组化进一步证实了SOX9蛋白的MPT特异性表达趋势,其定位于Sertoli前体细胞核中.温度置换实验显示,与MPT性腺相比,MPT→FPT性腺中(16期置换)的Sox9表达量从17期起就显著降低,表明Sox9能快速响应温度变化.同时MPT性腺经过雌激素处理后,Sox9表达量亦快速下调.功能缺失研究显示,经过Sox9-RNAi处理后,90.9%(20/22)的MPT性腺结构明显雌性化,皮质区高度发育,髓质区退化,揭示Sox9的敲低能导致雄性向雌性性逆转.上述研究表明,Sox9是红耳龟早期睾丸分化的关键调控因子,参与TSD的雄性分化通路.     

哺乳动物早期胚胎发育及干细胞分化过程中的表观遗传调控研究

哺乳动物早期发育过程伴随着细胞的增殖、迁移以及细胞命运的层级特化。体外干细胞系在合适刺激下的定向分化可以部分模拟早期胚胎发育及细胞命运决定的历程。在细胞命运层级特化过程中,细胞通过多重调控机制协调全能性相关基因的维持及关闭、特定谱系关键基因的时空特异性表达,表观遗传调控在该过程中发挥着十分重要的作用。开展针对体内胚胎发育及体外干细胞定向分化过程中细胞命运决定表观调控机制的研究,将推动对发育生物学基本科学问题的认识,同时也将进一步推动再生医学的发展,最终服务于国家人口健康发展战略。     

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.     

ELF5在正常乳腺发育和乳腺肿瘤发生中的作用

ELF5(E74-like factor 5)也被称为ESE2,属于ETS(E-twenty-six)转录因子家族成员之一,它在调控胚胎发育以及乳腺组织发育中起到重要作用。在桑椹胚时期,ELF5在调控胚胎内细胞团向胚胎形成过程中或是在胎盘发育的细胞命运决定中起到关键作用。在哺乳动物正常乳腺发育中,ELF5可通过诱导细胞定向分化而获得孕期乳腺分泌细胞类型,从而调控乳腺干/祖细胞的命运。在人类乳腺癌中,ELF5是诱导乳腺肿瘤细胞由表达雌激素受体阳性(ER+)的luminal亚型向表达雌激素受体阴性(ER-)的basal亚型转化的一个关键调控因子,并抑制细胞获得雌激素敏感表型。现主要综述了ELF5的结构特点、功能以及其在哺乳动物乳腺发育中的调控作用。