骨髓间充质干细胞分化过程中表观遗传调控机制的研究进展北大核心CSCD

骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMMSCs)具有自我更新的能力和多向分化潜能,在体外可被诱导分化成多种细胞类型,在骨及软骨组织修复中具有重要的临床应用价值。为研发有效促进BMMSCs定向分化的药物,将BMMSCs更合理安全地应用于临床,有必要阐明表观遗传在BMMSCs分化过程中的调控机制。由于BMMSCs的异常分化可导致疾病的发生,其分化调控机制一直是研究的热点。表观遗传调控,如DNA甲基化、组蛋白乙酰化、组蛋白甲基化及非编码RNA等,对决定BMMSCs分化方向至关重要。阐明表观遗传在BMMSCs分化过程中的调控机制,将有助于研发有效促进BMMSCs定向分化的药物,更合理安全地将BMMSCs应用于临床。就BMMSCs分化中的主要表观遗传调控机制的最新研究进展做一综述,并进行了总结。     

表观遗传修饰与干细胞分化调控

干细胞具有自我更新和多种分化潜能的特性。干细胞向分化细胞的转变涉及到基因表达模式的改变,与自我更新有关的基因关闭．与细胞特化有关的基因激活。表观遗传调控机制,包括DNA甲基化、组蛋白修饰和微RNA（microRNA）介导的基因调控,在多个层面上控制发育过程中基因表达。近年研究表明,动态的表观遗传调控机制在干细胞自我更新和分化中起关键作用。     

组蛋白修饰对胚胎干细胞分化过程[]的调控机制

选用人类胚胎干细胞系和由人类胚胎干细胞系分化来的神经干细胞系为研究对象,分析组蛋白修饰对胚胎干细胞分化过程的调控作用。得到了两种细胞系差异表达基因转录起始位点侧翼区域内八种组蛋白修饰的分布模式,以及组蛋白修饰功能簇。研究表明在两类细胞系中,八种组蛋白修饰谱分布模式一致,且呈现两种分布类型; H3K27ac,H3K4me3和H3K9ac组成的功能簇是保守的;H3K27me3,H3K36me3和H3K79me1组成的功能簇以及H3K9me3和H3K27me3组成的功能簇在胚胎干细胞向神经干细胞分化的过程中消失。结果揭示了组蛋白修饰对胚胎干细胞系向神经干细胞系分化过程的部分调控机制,为该分化过程分子调控机制的研究提供部分重要的理论基础。     

胚胎干细胞分化形成囊状胚胎小体的形态学变化特征

目的观察胚胎干细胞R1(ESs)体外分化形成囊状胚胎小体(CEBs)及其血管内皮细胞和平滑肌细胞的时相规律和结构特点,探讨其在血管发育生物学研究中的作用和意义。方法体外悬浮培养ESs形成CEBs,采用HE染色观察CEBs的结构特点。用免疫荧光染色鉴定不同培养时间的CEBs中CASPASE-3的表达。加入全反式维甲酸(atRA)及联丁酰基cAMP(DBcAMP)定向诱导ESs分化,其后行平滑肌特异性标志物α-肌动蛋白(SMα-actin)及内皮细胞特异性标志物PECAM-1免疫荧光染色。结果典型的CEBs在第13d左右可以形成。第6d就可见CEBs中心部位出现调亡细胞,坏死腔开始形成,到第13d时中心坏死腔完全形成,凋亡细胞明显增多。将第6d的CEBs接种于培养皿后用atRA及DBcAMP处理,3d后可见SMα-actin染色阳性细胞。而未经处理的CEBs贴壁后,在第10d可见PECAM-1的表达。结论CEBs能够模拟体内血管发生形成的过程,可作为研究血管发育生物学的较好模型。     

综述: 干细胞衰老的表观遗传调控

干细胞衰老理论认为,组织器官特异的成体干细胞随着衰老出现功能性衰退,从而导致组织器官生理功能的衰退甚至衰老相关疾病的发生.表观遗传机制通过精密调控基因表达,在成体干细胞的衰老过程中发挥着重要作用.近年来,机体衰老过程中成体干细胞的表观遗传调控已经成为衰老研究的热点.本综述主要总结了衰老过程中成体干细胞命运的表观遗传调控,并详细介绍了DNA甲基化与组蛋白共价修饰在成体干细胞衰老中的作用,以期为深入认识衰老本质、实现健康长寿提供启示.     

Lefty1对小鼠胚胎干细胞分化过程的影响

目的:研究Lefty1在小鼠胚胎干细胞分化过程中的作用。方法:根据染色质免疫沉淀测序结果,在临近Lefty1转录起始位点以及与之相距10 kb的上游区域有TGF-β信号通路Smad2/3蛋白的四个结合区域,通过CRISPR/Cas9方法获得四个区域敲除的单克隆细胞,利用荧光实时定量PCR(qRT-PCR)检测各细胞中Lefty1的转录水平,并用TGF-β信号通路的激活剂AC和抑制剂SB分别处理敲除的细胞,检测其对TGF-β信号的响应,最后通过胚状体形成实验,检测敲除细胞系在中内胚层分化过程中的标志分子Gsc和Mixl1的表达。结果:利用CRISPR/Cas9方法成功获得不同区域敲除的单克隆细胞,与野生型E14细胞相比,四种区域敲除的细胞中Lefty1 RNA含量明显降低,并且在干细胞状态和分化状态下,敲除细胞系对TGF-β信号的响应减弱。在胚状体形成的实验中,与野生型E14细胞相比,敲除细胞系在分化过程中Lefty1表达的基础水平明显降低,中内胚层分化的标志分子Gsc和Mixl1转录水平也明显下降。结论:在胚胎干细胞中,Lefty1转录起始位点附近以及上游10 kb的这四段区域通过TGF-β信号通路对Lefty1的转录发挥调控作用,从而影响中内胚层分化过程中的标志分子Gsc和Mixl1的表达。     

细胞重编程中的表观遗传分子机制

成体细胞可以通过核移植、细胞融合或者特定因子导入的方式实现重编程回到多能性状态。在重编程的过程中,表观遗传水平的调控机制起到了非常关键的作用。通过回顾重编程的研究进展来探讨表观遗传学在重编程中的调控机制。     

PPARγ在脂肪生成中的遗传和表观遗传调控

过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor gamma, PPARγ)是脂肪生成和脂肪组织发育的关键调控因子,另外在糖脂代谢、炎症和免疫反应等多种生物学过程中也发挥重要作用。近年来,对PPARγ基因的研究一直是脂肪生物学研究的热点。随着研究的不断深入,人们发现PPARγ基因不仅受遗传调控,还受DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA和染色质重塑等表观遗传调控。本文综述了PPARγ基因在脂肪生成中的遗传和表观遗传调控研究进展,探讨了未来PPARγ基因调控的研究方向和趋势。     

表观遗传调控在糖尿病及其并发症中的作用

表观遗传(epigenetics)是指DNA序列不发生变化但基因表达却发生了可遗传的改变．表观遗传调控过程十分复杂,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和微小RNA(miRNA)等．糖尿病是一种慢性代谢性疾病,常伴随大血管和微血管并发症．糖尿病的发生、发展不仅取决于遗传因素,而且也受到表观遗传修饰的调控．因此,对表观遗传调控的研究将为糖尿病及其并发症的预防和治疗提供新的思路和方法．     

小鼠胚胎干细胞分化形成拟胚体过程中的细胞程序性死亡

为了检测小鼠胚胎干细胞 (embryonicstemcell ,ES细胞 )体外分化的拟胚体 (embryoidbodies ,EBs)形成过程中细胞程序性死亡 (programmedcelldeath ,PCD)的发生 ,通过悬滴、悬浮培养技术定向诱导未分化的ES细胞分化为拟胚体 ,并用RT PCR检测原始内胚层、原始外胚层、中胚层、内脏内胚层 4种分子标记物在EBs中的表达 .通过TUNEL染色、电镜、激光共聚焦显微镜及Western印迹以确定凋亡发生 .结果表明 :ES细胞体外分化为拟胚体并且表达各胚层相应的分子标记物 ;在拟胚体的发育过程中出现明显的空腔化过程 ,TUNEL染色及电镜观察到凋亡生成 ,同时线粒体膜电位 (ΔΨm)在拟胚体发育过程中降低 ,通过Western印迹检测到caspase3、caspase8的激活 .表明小鼠ES细胞所分化的拟胚体可以作为研究早期胚胎发育的实验模型 ,线粒体在拟胚体的细胞程序性死亡过程中发挥重要的作用 .为进一步利用拟胚体研究细胞程序性死亡及相关信号分子在小鼠胚胎发育早期的作用奠定了基础     

Extrinsic regulation of cardiomyocyte differentiation of embryonic stem cells

Cardiovascular disease is one of leading causes of death throughout the U.S. and the world. The damage of cardiomyocytes resulting from ischemic injury is irreversible and leads to the development of progressive heart failure, which is characterized by the loss of functional cardiomyocytes. Because cardiomyocytes are unable to regenerate in the adult heart, cell-based therapy of transplantation provides a potential alternative approach to replace damaged myocardial tissue and restore cardiac function. A major roadblock toward this goal is the lack of donor cells; therefore, it is urgent to identify the cardiovascular cells that are necessary for achieving cardiac muscle regeneration. Pluripotent embryonic stem (ES) cells have enormous potential as a source of therapeutic tissues, including cardiovascular cells; however, the regulatory elements mediating ES cell differentiation to cardiomyocytes are largely unknown. In this review, we will focus on extrinsic factors that play a role in regulating different stages of cardiomyocyte differentiation of ES cells.     

胚胎干细胞诱导分化为雄性生殖细胞的研究进展

胚胎干细胞（embryonic stem cells,ES细胞）具有自我更新及无限分化潜能,理论上可以分化为生殖细胞。目前,在人及鼠中已有体外诱导ES细胞分化为成熟精子的报道。系统阐述影响ES细胞分化为雄性生殖细胞的内源性及外源性因素,并结合国内外最新研究进展总结其诱导分化方法,展望应用前景,期望为从事相关研究的学者提供参考。     

人胚胎干细胞的体外定向分化

人胚胎干细胞（human embryonic stem cells,hESCs）由囊胚期胚胎内细胞团分离培养获得,具有保持未分化状态的无限增殖能力。hESCs具有多向分化潜能,在体内和体外均可分化形成所有三个胚层（外胚层、中胚层、内胚层）的衍生物。hESCs一般在鼠胚胎成纤维细胞（mouse embryonic fibroblast,MEF）饲养层上培养和扩增。为了优化培养条件,目前人们已发展了多种人类细胞饲养层和无饲养层、非条件培养基体系。hESCs可以在体外定向诱导分化为多种细胞类型,为揭示人胚早期发育机制和发展多种疾病的细胞移植治疗奠定了基础。hESCs可以在体外进行遗传修饰,将有助于揭示特定基因在发育过程中的调控和功能。对hESCs的深入研究将极大地推动医学和生命科学的进展,并将最终应用于临床,造福人类。     

Neural differentiation of human embryonic stem cells

Availability of human embryonic stem cells (hESC) has enhanced human neural differentiation research. The derivation of neural progenitor (NP) cells from hESC facilitates the interrogation of human embryonic development through the generation of neuronal subtypes and supporting glial cells. These cells will likely lead to novel drug screening and cell therapy uses. This review will discuss the current status of derivation, maintenance and further differentiation of NP cells with special emphasis on the cellular signaling involved in these processes. The derivation process affects the yield and homogeneity of the NP cells. Then when exposed to the correct environmental signaling cues, NP cells can follow a unique and robust temporal cell differentiation process forming numerous phenotypes.     

胚胎干细胞诱导分化的研究进展

胚胎干细胞(embryonic stem cell,ESC)因其具有自我更新能力和发育的多能性,成为当前医学研究的热点。ESC不但可以自发分化,而且在诱导因素作用下可以定向分化为某一种特定的成熟细胞。因此,ESC在移植医学、发育生物学等领域有着广阔的应用前景。本文对几种定向诱导ESC分化的策略进行了综述。     

胚胎干细胞向血液干细胞定向分化的研究进展

骨髓移植是目前治疗恶性白血病以及遗传性血液病最有效的方法之一。但是HLA相匹配的骨髓捐献者严重短缺,骨髓造血干细胞（hematopoietic stem cells,HSCs）体外培养困难,在体外修复患者骨髓造血干细胞技术不成熟,这些都大大限制了骨髓移植在临床上的应用。多能性胚胎干细胞（embryonic stem cells,ESCs）具有自我更新能力,在合适的培养条件下分化形成各种血系细胞,是造血干细胞的另一来源。在过去的二十多年里,血发生的研究是干细胞生物学中最为活跃的领域之一。小鼠及人的胚胎干细胞方面的研究最近取得了重大进展。这篇综述总结了近年来从胚胎干细胞获得造血干细胞的成就,以及在安全和技术上的障碍。胚胎干细胞诱导生成可移植性血干细胞的研究能够使我们更好地了解正常和异常造血发生的机制,同时也为造血干细胞的临床应用提供理论和实验依据。     

胚胎干细胞向造血细胞分化研究

胚胎干（embryonic stem,ES）细胞是来源于囊胚的内细胞团（inner cell mass,ICM）,具有发育的全能性或多能性,能嵌合到早期胚胎,在体内可以参与各种组织发育甚至包括生殖细胞;在体外分化培养条件下,可以顺序分化出各种组织细胞,与体内完整胚胎发育过程相符合,而且可以通过调节ES细胞某些基因的表达而调节其分化。因此,ES细胞是研究哺乳动物早期胚胎发育、细胞分化及其关键基因鉴定的理想模型。另外,胚胎生殖脊（embryonic germ,EG）细胞系也具有同样的生物学特性,它是由早期胚胎的原始生殖脊（primordial germ,PG）细胞建株而来。最近研究显示：ES细胞在体外不但可以分化为所有造血细胞系,而且还可以分化为具有长期增殖能力的造血干细胞。作者就胚胎干细胞向造血细胞和造血干细胞分化及其诱导因子和调控基因的表达作一综述。