维持胚胎干细胞生物学特性的分子调控机制

胚胎干(embryonic stem,ES)细胞来源于植入前的胚胎.在体外培养条件下,可保持分化成机体各种类型细胞的能力,即全能性.因此,胚胎干细胞被广泛用作研究胚胎发生、发育的细胞模型,也是目前开展细胞移植性治疗研究的重要来源.揭示维持ES细胞自我更新和全能性的分子调控机制,是ES细胞基础研究和临床治疗基础研究的重要领域.目前研究发现,不同的信号通路、转录因子及其通过激活ES细胞特异性表达谱对维持ES细胞多能性、自我更新发挥关键作用。     

维持胚胎干细胞多能性的分子机制

胚胎干细胞（ES细胞）来源于早期发育的胚胎,具有分化为任何细胞类型的多能性,因此具有巨大的基础研究及潜在的应用前景.目前认为ES细胞主要通过一些外源性信号分子的作用及某些重要的内源性转录因子的表达共同起作用来达到其维持多能性的目的.外源性信号分子LIF、BMP4以及Wnt等介导的信号传导通路与内源性转录因子Oct4、Nanog、Sox2、FoxD3等共同起作用来抑制那些促进ES细胞分化的基因表达和激活那些有助于维持ES细胞多能性维持的基因表达,进而形成一个相互调控和依存的基因调控网络共同维持ES细胞的多能性.     

Cdk6在维持ES细胞自我更新中的作用

细胞周期蛋白依赖性激酶6（cyclin dependent kinase 6,Cdk6）对胚胎早期发育有着重要的作用.然而,它在胚胎干（embryonic stem,ES）细胞中的生物学功能仍不清楚.在该研究中,我们运用RNA干扰技术和基因表达分析方法探索了Cdk6在小鼠胚胎干细胞中的功能及分子机制.结果表明：Cdk6的表达水平与小鼠ES细胞的自我更新密切相关.首先,维甲酸（RA）处理和白血病抑制因子（LIF）去除实验显示 ,随着ES细胞的分化,Cdk6的表达水平明显降低.更为重要的是,RNA干扰介导的Cdk6表达抑制导致ES细胞自我更新相关基因的显著下调,同时伴随细胞分化基因的表达激活,提示Cdk6对维持ES细胞自我更新至关重要.     

Smad5双等位基因剔除ES细胞的建立及其初步研究

Smad5是TGF-信号的细胞质内信号转导分子. Smad5的定位剔除导致小鼠胚胎期死亡. 为了进一步研究Smad5在组织器官发育中的功能, 利用同源重组技术获得了Smad5双等位基因剔除的胚胎干(ES)细胞. 首先利用Cre-LoxP系统删除了Smad5中靶ES细胞的抗性基因, 再用相同的打靶载体进行转染, 经Southern杂交筛选获得了Smad5双等位基因剔除的ES细胞. 嵌合体研究的结果表明, Smad5在心脏和神经管的正常发育中可能起重要的作用. Smad5双等位基因剔除ES细胞在裸鼠皮下可以形成畸胎瘤, 并可分化成包括神经细胞、肌肉细胞、软骨细胞、内皮细胞等在内的多种细胞, 因而Smad5双等位基因剔除的ES细胞可用于研究Smad5介导的TGF-信号在多种组织器官发育和ES细胞体外定向分化中的作用.     

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.     

综述: 大鼠胚胎干细胞遗传操作技术的研究进展

大鼠胚胎干细胞(ES)的成功建立使大鼠的遗传学操作成为可能,运用同源重组原理改造ES细胞的基因,为建立时空特异性的基因敲除大鼠模型提供了基础.本文主要回顾了大鼠ES细胞的建立过程,总结了大鼠ES的培养、鉴定技术,分析了各种大鼠基因敲除技术的优劣势和未来前景.在干细胞研究蓬勃发展的背景下,作为最有效地定向修饰基因的技术手段,基于大鼠ES细胞的基因敲除技术将在揭示基因的生理功能、研究人类疾病的遗传机制以及寻找新药物靶标的过程中发挥更加重要的作用.     

MicroRNAs与胚胎干细胞研究

MicroRNAs(miRNAs)是一种大小约20～25个碱基的非编码小分子RNA,一般通过特异性抑制靶蛋白翻译或降解靶基因mRNA发挥负调控基因表达的作用.胚胎干细胞(embryonic stem cells,ES细胞)是从植入前早期胚胎内细胞团或原始生殖细胞中分离得到并能在体外长期培养的高度未分化的多能细胞系,在揭示胚胎早期发育机理、药物筛选、临床再生医学等领域具有广泛的应用前景.最近研究发现miRNAs在ES细胞自我更新和分化过程中均发挥着重要的调控作用,但具体调控机制尚未完全阐明.进一步深入研究miRNAs在ES细胞中的作用,全面了解ES细胞自我更新和定向分化的机制是实现ES细胞广阔临床应用前景的基础.     

小鼠胚胎干细胞来源的HPP-CFC体外和体内造血活性分析

小鼠的造血系统起源于胚胎发育7d的卵黄囊胚外中胚层,研究表明胚胎干细胞（Embryonic stem cells, ES cells）体外分化模型能够模拟卵黄囊造血的发生过程;此外,诱导ES细胞体外定向造血细胞分化对于建立治疗性克隆以治愈多种血液病具有重要的研究和应用价值。高增殖潜能集落形成细胞（High proliferative potential colonyforming cells, HPPCFC）是体外培养的最原始的多潜能造血前体细胞之一。本研究发现：小鼠ES细胞在体外分化5～14d形成的拟胚体中含有HPP-CFC。其再生潜能与胚胎期9d的卵黄囊来源的HPP-CFC相似,与骨髓来源则不同。RT-PCR分析表明：ES细胞来源的HPP-CFC表达与造血干细胞增殖相关的特异性转录因子和多种造血生长因子受体。但分化12d的拟胚体细胞和HPP-CFC集落细胞移植受致死剂量照射的小鼠不能产生典型的脾结节。因此,ES细胞来源的HPP-CFC在体外和体内造血活性的差异值得更深入地研究。     

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     

一种新发现的肌特异基因表达调节因子:心股素

心肌素是一种新发现的特异性调节心肌和平滑肌基因表达的蛋白因子,与血清效应因子(SRF)一起构成肌细胞分化分子开关的组成成分.心肌素在胚胎及成年心肌和平滑肌细胞中均进行表达,是这两类细胞基因特异性表达及分化所必需的转录激活因子.本文就心肌素的结构特征及其调节肌特异基因表达的分子机制进行综述.