胚胎干细胞分化过程中的表观遗传调控

作为一类既有自我更新能力,并具有多向分化潜能的细胞,胚胎干细胞具有非常重要的理论研究意义和临床应用前景。近期以胚胎干细胞为模型,研究有关干细胞分化的表观遗传调控已成为新的研究热点。本文就胚胎干细胞分化过程中DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控以及与胚胎干细胞分化密切相关的表观遗传学动态变化做一概述,对表观遗传学改变与胚胎干细胞分化关系的基础研究进行探讨。     

外源TGF-β1基因在小鼠ES细胞中的表达及其对细胞分化的影响

本文利用逆转录病毒载体Dol,在其BamHⅠ酶切位点插入猪TGF-β1的1.7kbcDNA,构建成表达质粒,并用磷酸钙沉淀法将该质粒DNA转染到小鼠ES-5细胞,经G_(418)筛选获得抗G_(418)的ES-5细胞克隆(ES-T),经RNA点杂交,Northern印迹杂交证明有6个细胞克隆能表达外源猪TGF-β1的mRNA,其中两个杂交信号较强的克隆进一步用Southern印迹杂交,也证明猪TGF-β1基因已整合到ES-5细胞基因组。经SELISA和生物活性测定,证明ES-T细胞存在着过度表达的TGF-β1基因产物。ES-T细胞生长特性与其亲代ES-5细胞相比,未发现明显差异。经低浓度RA处理悬滴培养的ES-T6细胞,将形成的拟胚体移至用白明胶铺底的培养板中,则最终有95%左右的拟胚体分化出血管样结构,而ES-5细胞在相同培养和处理条件下,只有17.8%形成无规则的管状结构,这结果提示ES-T6细胞基因组中外源TGF-β_1的额外表达,在调节该细胞株分化形成血管样结构中起着重要作用。同时,我们的实验体系也提供了一个适合于研究内皮细胞发生和血管形成的模型。     

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。     

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     

黄芪甲苷激活TGF-?茁1/Smad2信号通路诱导骨髓间充质干细胞向周细胞分化的作用研究

摘要 目的：观察黄芪甲苷促进大鼠骨髓间充质干细胞(Mesenchymal stem cell,MSCs)向周细胞分化的作用,揭示中药黄芪治疗缺血性心脏病的意义。方法：本研究以大鼠骨髓间充质干细胞为研究对象,采用全骨髓培养法,从SD大鼠乳鼠（5d-7d）股骨提取原代细胞,体外传代纯化,P4-P5代用于实验。实验分阴性对照组,大鼠BMSCs 15%胎牛血清(Fetal Bovine Serum, FBS)向周细胞分化的作用,揭示中药黄芪治疗缺血性心脏病的意义。方法：本研究以大鼠骨髓间培养基培养,不给予药物干预;阳性对照组,给予转化生长因子β1(TGF-β1) 5 ng/mL干预3天;黄芪甲苷(Astragaloside,Ast) 组,给予黄芪甲苷4 μg/mL分别干预1 d、2 d、3 d、5 d、7 d;阻断剂组,TGF-β1 受体阻断剂 sb431542 预处理后,再加入黄芪甲苷4 μg/mL分别诱导1 d、2 d、3 d。实时定量PCR( RT-PCR) 检测神经元-胶质细胞抗原2(Neuron-glial antigen 2,NG2)、α-平滑肌肌动蛋白( alpha smooth muscle actin,α-SMA )信使核糖核酸(mRNA)表达;印迹法(Western blot) 检测NG2、α-SMA、Smad2/3、p-Smad2蛋白表达。结果：经黄芪甲苷诱导刺激后,大鼠骨髓间充质干细胞在mRNA和蛋白水平上,NG2、α-SMA 的表达量均升高;Ast 3d组,与阴性对照组和阳性对照组相比,NG2、?-SMA蛋白和mRNA的表达量均显著升高(p<0.05)。黄芪甲苷刺激细胞后,TGF-β1/Smad2信号传导通路被激活,从第一天开始,p-Smad2蛋白表达量升高,第3天到达顶峰,随后降低;其中第三天,p-Smad2蛋白表达量显著高于Ast 0d组(p<0.01) 。加入阻断剂后,黄芪甲苷受到 sb431542影响,对细胞的作用减弱,NG2、α-SMA蛋白和mRNA表达量均下调;sb431542+Ast 3d组,与Ast 3d组相比,NG2、α-SMA 蛋白和mRNA的表达量显著降低(p<0.001)。受阻断剂的影响,黄芪甲苷对TGF-β1/Smad2信号传导通路的作用减弱,前三天p-Smad2蛋白的表达量均降低,sb431542+Ast 3d组,与Ast 3d组相比,p-Smad2蛋白的表达量显著降低(p<0.001)。结论：黄芪甲苷具有促进大鼠BMSCs向周细胞分化的作用,其机制与激活TGF-β1/Smad2信号传导通路相关。     

外源TGF—β1基因在小鼠ES细胞中的表达及其对细胞分化的影响

本文利用逆转录病毒载体Ｄｏｌ,在其ＢａｍＨＩ酶切位点插入猪ＴＧＦ－β１ １．７ｋｂｃＫＮＡ,构建成表达质粒,并用磷酸钙沉淀法将该质粒ＤＮＡ转染到小鼠ＥＳ－５细胞,经Ｇ４１８筛选获得抗Ｇ４１８的ＥＳ－５细胞克隆（ＥＳ－Ｔ）,经ＲＮＡ点杂交,Ｎｏｒｔｈｅｒｎ印迹杂交证明有６个细胞克隆能表达外源猪ＴＧＦ－β１的ｍＲＮＡ,其中两个杂交信号较强的克隆进一步用Ｓｏｕｔｈｅｒｎ印迹杂交,也证明猪ＴＧＦ－μ     

基因组DNA甲基化修饰在胚胎干细胞分化过程中的作用

基因组DNA的甲基化修饰通常使基因转录失活,去甲基化或低甲基化则使基因转录活化。但是,胚胎干细胞向各种成体细胞分化过程中相关基因的转录活化与DNA甲基化修饰水平并不呈简单的正性或负性相关。因此,甲基化修饰调节基因转录是一个复杂的过程。目前,对甲基化修饰作用的研究主要集中在基因选择性活化、改变转录因子与靶基因的结合活性、与组蛋白修饰协同作用及其基因表达的阶段特异性等方面。     

人诱导多能干细胞与人胚胎干细胞分化过程中Oct4/Nanog基因表达的比较

目的：比较通过慢病毒方法获得的人诱导多能性干细胞（iPSCs）与人胚胎干细胞（hESCs）分化过程中全能性基因Oct4、Nanog的表达变化。方法：收集分化不同时间点的拟胚体（EBs）,检测三胚层分化基因以及全能性基因Oct4/Nanog的表达,并通过畸胎瘤组织切片的荧光染色分析Oct4的表达。结果：iPSCs获得的EB中内外三胚层分化基因表达的出现明显晚于hESCs来源的EB。不同于hESCs,iPSCs悬浮培养获得的EBs在体外培养18天未见内源性Oct4、Nanog基因表达的下调。未分化的iPSCs注射严重联合免疫缺陷（SCID）小鼠培养10周后获得的畸胎瘤中仍存在Oct4阳性的细胞,但iPS-#2中明显少于iPS-#5。结论：通过慢病毒方法获得的iPSCs虽然具有向三胚层分化的能力,但在分化过程中仍维持较高水平的全能性基因Oct4、Nanog的表达。     

小鼠胚胎干细胞分化扩增期连续低密度传代对原始细胞中Oct-4阳性细胞比例及神经分化能力的影响

目的：探讨在分化扩增期采用连续低密度传代的方法是否能降低小鼠胚胎干细胞向神经细胞分化的前体细胞中Oct-4阳性细胞的比例,以及对神经分化能力的影响。方法：采用“五步法”将小鼠胚胎干细胞向神经元分化,进入扩增期后采用连续低密度传代的方法连续传10代。然后应用细胞免疫组化鉴定Oct-4阳性细胞、神经元与胶质细胞、流式细胞仪检测Oct-4阳性细胞比例、凋亡试剂盒测定细胞凋亡。结果：流式细胞仪检测出扩增期连续低密度传代得到的前体细胞中Oct-4阳性细胞的比例由16.17±4.8％降至4.33±1.63％,扩增期低密度传代细胞和正常高密度传代细胞的细胞凋亡率鉴定分别为15.16±3.64% 和11.88±2.63%,步骤5诱导分化后的细胞GFAP和Tuj-1免疫组化染色呈阴性。结论：低密度传代培养可以减少分化后Oct-4阳性细胞的比例,且该比例下降不是由Oct-4阳性细胞的凋亡引起的。同时可能是因为低密度传代培养和高密度相比引起了细胞的质变、或者改变了前体细胞向神经元分化的某种微环境,导致了前体细胞不能分化为神经细胞。提示高密度培养在前体细胞向神经元分化过程中具有重要作用,高密度和低密度培养的比较,提供了研究ES细胞向神经元分化机制的新平台和研究方向。     

纳米形貌诱导干细胞成骨分化的相关信号通路

目的:探究纳米形貌诱导间充质干细胞(MSC)分化中的作用以及相关分子机制。方法:利用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管形貌,使用qRT-PCR技术,RNA-seq技术,分析接种在纳米形貌表面的间充质干细胞的基因表达情况。并筛选对成骨相关的信号通路中的成员,观察他们基因上调或下调情况。结果:在钛金属表面构建出了纳米形貌,利用实时定量PCR确定了成骨相关的基因:碱性磷酸酶(ALP),骨桥蛋白(OPN)和骨钙素(OCN)相比没有纳米形貌的钛片上培养的细胞均发生上调。通过对这些基因相关的成骨信号通路进行转录组数据分析(筛选基因P<0.05),发现在BMP2信号通路中的相关蛋白基因表达没有太大变化,同时Notch以及Wnt非经典信号通路中相关蛋白基因发生较为明显变化。结论:通过分析间充质干细胞成骨分化相关基因,以及转录组数据分析表明在纳米形貌诱导BMSC分化过程中,相对于平坦的表面,纳米形貌启动了Notch以及非经典的Wnt信号通路,因此表现出更加优良的促成骨分化的效果。     

不同龄大鼠骨髓间充质干细胞活性对比

目的:分别在低氧环境和正常氧环境下研究不同周龄SD大鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)的细胞活性以及细胞分化能力的差别,并观察和检测不同周龄大鼠的骨髓间充质干细胞成骨活性有何差异。方法:1)、进行不同周龄SD大鼠骨髓间充质干细胞的提取及在低氧环境及正常氧环境下的培养。2)、进行细胞生物活性的测定及比较。结果:低氧环境下培养的2周4周龄大鼠的骨髓间充质干细胞(BMSCs)活性好于常氧状态下培养的2周4周龄大鼠的骨髓间充质干细胞(BMSCs)。结论:低氧环境下培养的年轻大鼠的骨髓间充质干细胞活性较好。     

Functional Role of Mst1/Mst2 in Embryonic Stem Cell Differentiation

The Hippo pathway is an evolutionary conserved pathway that involves cell proliferation, differentiation, apoptosis and organ size regulation. Mst1 and Mst2 are central components of this pathway that are essential for embryonic development, though their role in controlling embryonic stem cells (ES cells) has yet to be exploited. To further understand the Mst1/Mst2 function in ES cell pluripotency and differentiation, we derived Mst1/Mst2 double knockout (Mst-/-) ES cells to completely perturb Hippo signaling. We found that Mst-/- ES cells express higher level of Nanog than wild type ES cells and show differentiation resistance after LIF withdrawal. They also proliferate faster than wild type ES cells. Although Mst-/- ES cells can form embryoid bodies (EBs), their differentiation into tissues of three germ layers is distorted. Intriguingly, Mst-/- ES cells are unable to form teratoma. Mst-/- ES cells can differentiate into mesoderm lineage, but further differentiation to cardiac lineage cells is significantly affected. Microarray analysis revealed that ligands of non-canonical Wnt signaling, which is critical for cardiac progenitor specification, are significantly repressed in Mst-/- EBs. Taken together our results showed that Mst1/Mst2 are required for proper cardiac lineage cell development and teratoma formation.     

在小鼠胚胎干细胞进行基因打靶的策略

基因打靶技术是一种通过同源重组按预期方式改变生物活体的遗传信息的实验手段,与小鼠胚胎干细胞培养系统相结合,使得人们可以方便地将各种突变引入小鼠体内,得以从生物整体水平上研究高等真核生物基因的表达、调控及其生理功能.扼要介绍了近年来在小鼠胚胎干细胞进行基因打靶的研究进展.     

白细胞介素在骨性关节炎中发病机制中的研究现状

骨性关节炎(OA)是临床上常见的关节疾病之一,严重影响患者的关节功能和生活质量,由多种因素相互作用致病,多发于老年人,但是具体的发病原因尚未明确,因此给临床治疗造成障碍。目前研究认为白细胞介素在OA的发生及发展过程中起主要作用,因此可以将白细胞介素作为治疗OA的靶点,为治疗OA提供新思路。本文主要就不同种类白细胞介素在OA的发病机制中的作用进行综述。     

定向诱导小鼠ES细胞向心肌细胞的分化

为了提高体外诱导ES细胞向心肌细胞分化的效率 ,对以往的诱导方法加以改进 ,采用直接悬浮培养和 0 8%DMSO诱导 ,建立了简便、高效的定向诱导ES细胞向心肌细胞分化的体系 .诱导第 9d起可见自发性、有节律跳动的类胚体出现 ,第 14d达到高峰 ,约有 70 %的拟胚体产生跳动 .用RT PCR的方法在跳动的拟胚体中检测到心肌细胞特异性标志物的表达 ,采用免疫荧光染色的方法在蛋白水平检测到心肌特异的α辅肌动蛋白 (α actinin)的表达 ,并可见清晰肌小节 ,表明在改进的体外诱导条件下ES细胞可分化为成熟的心肌细胞 .     

干细胞衰老与衰老微环境调控的研究进展

干细胞衰老会损害机体组织的稳态,衰老的干细胞丧失修复能力从而引发衰老相关疾病。衰老微环境是促进机体衰老的重要因素之一。衰老相关分泌表型(SASP)是构成衰老微环境的主要成分,影响干细胞的组织修复能力,进而推动机体衰老进程。细胞外囊泡(EVs)被认为在衰老微环境中发挥重要作用,衰老细胞分泌的EVs通过运载mi RNAs等非编码RNA及SASP在内的多种活性分子参与调控衰老微环境,本文就干细胞衰老的诱发因素以及衰老微环境的研究进展进行综述,以期为干细胞的临床应用提供实验基础和理论基础。     

L型多聚赖氨酸和D型多聚赖氨酸对神经细胞分化的影响

目的:比较L型多聚赖氨酸(L-PL)和D型多聚赖氨酸(D-PL)浸泡的玻片培养小鼠大脑皮层神经元细胞对其分化的影响。方法:取昆明白小鼠的大脑皮层细胞,分别用L-PL和D-PL进行培养,统计和比较细胞的分化比率、突起数量以及突起生长长度。结果:L-PL和D-PL培养的神经细胞第1、2天的分化率比较差异具有统计学意义(P0.05),而突起数和突起长度比较差异无统计学意义(P0.05)。当L-PL、D-PL的浓度分别为20μL/m L、5μL/mL时,其对1、2天细胞的分化产生显著影响,并且D型多聚赖氨酸培养的细胞分化率高于L型。500、100、20μg/m L的L-PL中,100μg/ml L-PL培养细胞的分化率最高,而125、25、5μg/m L的D型多聚赖氨酸培养细胞分化率比较差异虽然无统计学意义,但25μg/ml D-PL培养神经细胞的分化率总体趋势高于其他浓度。D-PL所形成的粒径大小与L-PL不同,且D-PL的总体趋势稍大于L-PL。结论:L型多聚赖氨酸和D型多聚赖氨酸会在神经细胞生长早期对分化率产生影响,但不影响突起数和突起长度。     

Regulatory Role of the JNK-STAT1/3 Signaling in Neuronal Differentiation of Cultured Mouse Embryonic Stem Cells

Stem cell transplantation therapy has provided promising hope for the treatment of a variety of neurodegenerative disorders. Among challenges in developing disease-specific stem cell therapies, identification of key regulatory signals for neuronal differentiation is an essential and critical issue that remains to be resolved. Several lines of evidence suggest that JNK, also known as SAPK, is involved in neuronal differentiation and neural plasticity. It may also play a role in neurite outgrowth during neuronal development. In cultured mouse embryonic stem (ES) cells, we test the hypothesis that the JNK pathway is required for neuronal differentiation. After neural induction, the cells were plated and underwent differentiation for up to 5 days. Western blot analysis showed a dramatic increase in phosphorylated JNKs at 1–5 days after plating. The phosphorylation of JNK subsequently induced activation of STAT1 and STAT3 that lead to expressions of GAP-43, neurofilament, βIII-tubulin, and synaptophysin. NeuN-colabelled with DCX, a marker for neuroblast, was enhanced by JNK signaling. Neuronal differentiation of ES cells was attenuated by treatment with SP600125, which inhibited the JNK activation and decreased the activation of STAT1 and STAT3, and consequently suppressed the expressions of GAP-43, neurofilament, βIII-tubulin, and the secretion of VEGF. Data from immunocytochemistry indicated that the nuclear translocation of STAT3 was reduced, and neurites of ES-derived neurons were shorter after treatment with SP600125 compared with control cells. These results suggest that the JNK-STAT3 pathway is a key regulator required for early neuronal differentiation of mouse ES cells. Further investigation on expression of JNK isoforms showed that JNK-3 was significantly upregulated during the differentiation stage, while JNK-1 and JNK-2 levels decreased. Our study provided interesting information on JNK functions during ES cell neuronal differentiation.     

小鼠胚胎干细胞向生殖细胞分化的研究

小鼠胚胎干细胞(ESC)在体外可以分化为多种细胞类型,其中包括各阶段的生殖细胞,甚至精细胞和成熟卵母细胞。ESC向生殖细胞分化的效率受到包括生长因子、激素和体细胞等多种因素的影响,在体外形成的是雌性配子还是雄性配子与ESC是XX型还是XY型没有必然联系。简要综述了小鼠生殖细胞在体内外的分化发育、性别决定和增殖等,并总结和展望了ESC向生殖细胞分化研究面临的问题和应用前景。