肌动蛋白细胞骨架在小鼠第二生心区祖细胞部署发育中的作用

脊椎动物心管起源于早期胚胎的生心中胚层细胞,随后从邻近的咽中胚层和内脏中胚层中逐渐添加第二生心区(second heart field, SHF)祖细胞而延长。SHF细胞向心管贡献受损,使心管不能最大限度地延长,导致一系列的心脏发育缺陷,包括最常见的右心室发育不良与流出道分隔旋转异常等先天性出生缺陷。SHF祖细胞构成非经典顶端-基底极性上皮,并具有顶部单纤毛、动态肌动蛋白(actin)富集基底端的丝状伪足等特点。本文总结了actin细胞骨架在小鼠SHF祖细胞部署发育过程中的研究进展,揭示actin细胞骨架在SHF祖细胞发育特别是SHF细胞向流出道部署过程中的重要性,以期为阐明和理解SHF祖细胞迁移、部署的细胞生物学特性提供一定的理论参考。     

小鼠胚胎心流出道发育中胰岛因子1的表达及意义

目的观察胰岛因子1(Islet-1,ISL-1)在小鼠胚胎心流出道发育中的表达,探讨ISL-1阳性细胞在第二生心区的时空分布特点及其在心流出道发育中的作用。方法 15只胚龄8.5d~12d小鼠胚胎心连续石蜡切片,选用抗α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)、抗心肌肌球蛋白重链(myosinheavy chain,MHC)和抗ISL-1抗体,进行免疫组织化学染色。结果胚龄8.5d~10d,ISL-1阳性细胞相继出现在流出道远端、心包腔背侧脏壁和体壁中胚层、原始咽腹外侧间充质及第2对鳃弓核心间充质,并逐渐分化为心肌细胞添加到流出道远端;胚龄11d,咽腹侧ISL-1阳性细胞形成独特的锥形结构,形成主肺动脉隔的雏形;胚龄12d,ISL-1阳性锥形结构与流出道远端心内膜垫融合形成主肺动脉隔,此时ISL-1阳性细胞开始分化为平滑肌细胞,参与心包腔内升主动脉、肺动脉干和主肺动脉隔的发育。结论第二生心区涵盖了原始咽腹外侧间充质、心包腔背侧壁中胚层及鳃弓核心间充质等多个区域,其中的ISL-1阳性细胞具有多向分化潜能,在心发育的不同阶段可以分化为不同类型的细胞,参与流出道的正常发育。     

内皮细胞向间充质细胞的转分化

内皮细胞向间充质细胞转分化(endothelial-to-mesenchymal transition,EndMT)过程中,内皮从内皮层分离,获得间充质细胞表型,其特征是细胞连接能力下降,内皮标志物减少,获得间充质细胞标志物,并具有扩散和迁移特性。在受损组织中,内皮细胞能够通过EndMT转分化为成纤维细胞,因此具有EndMT特性的内皮细胞在组织重构和纤维化中发挥重要作用。EndMT不仅参与心脏发育这一重要过程也参与许多病理性疾病如癌症,心脏的纤维化和肺动脉高压等。所以,靶向EndMT对多种疾病具有潜在的治疗意义。     

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。     

间充质干细胞向心肌样细胞特异分化过程中Akt与Islet-1/GCN5蛋白质复合体关系的研究

该文研究了Islet-1诱导间充质干细胞C3H10T1/2向心肌样细胞特异分化过程中Akt与Islet-1/GCN5(general control of amino acid biosynthesis protein 5)蛋白质复合体的关系,进一步探讨了间充质干细胞诱导分化的调控机制。该文用过表达Islet-1基因的慢病毒感染小鼠间充质干细胞C3H10T1/2,倒置显微镜观察细胞形态,免疫荧光检测Islet-1、c Tn T(cardiac troponin T)、Connexin43蛋白质水平,免疫共沉淀技术(Co IP)检测激活或抑制Akt的情况下Islet-1与GCN5的结合情况。结果表明,感染过表达Islet-1基因慢病毒的C3H10T1/2细胞形态出现心肌样变,Islet-1、c Tn T、Connexin43蛋白质水平均高于未感染组。在Islet-1蛋白质高峰的第三周时间点,激活或抑制Akt的情况下,Islet-1与GCN5的结合量分别低于或高于未加药处理的细胞组(P0.05)。该研究结果表明,在诱导间充质干细胞C3H10T1/2向心肌样细胞特异分化过程中Akt的活性与Islet-1/GCN5蛋白质的结合量存在相互拮抗的关系。     

基因谱系示踪技术揭示小鼠Tbx18+心脏祖细胞向心系细胞分化的潜能

心脏祖细胞(cardiac progenitor cells,CPCs)的研究对阐明先天性心脏病的机制及治疗心血管疾病具有重要意义.哺乳动物的心脏组织由多种不同CPCs分化形成.转录因子Tbx18在发育中的心外膜中表达,对心脏的发育形成起重要的调节作用.为了在组织及活体细胞水平检测和阐明Tbx18+CPC的分化潜能,应用Cre-LoxP系统建立Tbx18+CPCs基因命运谱系示踪模型:Tbx18-Cre/Rosa26R-EYFP和Tbx18-Cre/Rosa26R-LacZ双杂合基因敲入小鼠.该双杂合基因敲入小鼠通过Cre的表达能有效地示踪Tbx18+细胞在胚胎和成年小鼠中的分化命运.Tbx18-Cre/Rosa26R-EYFP双杂合小鼠心脏能非常容易地利用流式细胞分选系统(FACS)分离出YFP+细胞,也可在倒置共聚焦显微镜下观察.应用X-gal染色分析其表达模式,揭示Tbx18命运谱系参与心房肌、室间隔、心室肌、冠状动脉、瓣膜等的形成.应用免疫荧光技术初步揭示Tbx18+CPCs向心脏肌钙蛋白T(cTNT)阳性心肌细胞和平滑肌肌球蛋白重链11(MYH11)阳性血管平滑肌细胞分化的潜能.心脏是一个由多种肌肉和非肌肉组织细胞构成的复杂器官.推测Tbx18可能在心脏祖细胞向肌源性细胞分化的信号通路中起重要调节作用.在上述研究中应用基因谱系示踪技术,验证Tbx18可作为一类CPCs的标志,为更深入揭示心脏祖细胞向心系细胞的分化潜能打下基础.     

比较两种转录激活系统对生殖相关基因的表达调控

运用由CRISPR/Cas9技术延伸的两种转录激活系统Cas9-p300和dCas9-VPR分别激活生殖特化相关基因,比较它们针对生殖细胞特化基因的激活效率。实时荧光定量PCR结果表明,这两种激活系统均可激活大部分目的基因的表达。其中, Cas9-p300系统激活BLIMP1基因的效率更高, dCas9-VPR系统激活NANOS2、DAZL、SOX17基因的效率更高,两种系统在激活DDX4、TFAP2C基因时效率无显著性差异。由此,本研究通过比较Cas9-p300和dCas9-VPR转录激活系统调控生殖特化相关基因的表达,揭示了不同的转录激活系统在激活生殖特化相关基因时的不同效率,这将为利用转录激活系统研究生殖细胞分化提供理论基础,也将为研究其他发育系统中细胞命运的转变提供借鉴。     

ALK2使内皮细胞转化为类干细胞的机制

内皮细胞向间充质细胞转分化（endothelial-to-mesenchymal transition,EndMT）过程是血管内皮细胞转化为类干细胞的基础,持续激活状态的ALK2在EndMT过程起到关键的促进作用,EndMT发生后内皮细胞能获得类干细胞的表现型.TGF-β2和BMP4作为特异性配体激活ALK2,下调某些内皮细胞标志物并上调某些间质细胞标志物,促进EndMT过程.此外,编码ALK2的基因序列在206号氨基酸上突变形成R206H ALK2后作用类似持续激活状态ALK2,同样也能达到促进内皮细胞向间充质细胞转分化的目的.     

命运决定子Numb在神经干/祖细胞不对称分裂及分化中的调控作用 

不对称分裂是干/祖细胞发育分化中的基本过程,膜相关蛋白Numb在其中发挥重要作用.Numb极性分布于细胞一侧,在干/祖细胞有丝分裂时不对等分配至两个子代细胞,使子代细胞产生不同分化命运.如一个保持在干/祖细胞状态,而另一个发育为神经元,这一过程主要通过抑制Notch信号通路发挥作用.近年在哺乳动物中的研究中发现,高强度Notch信号又能够反馈抑制Numb活性.Numb具有维持神经干/祖细胞增殖与促进分化的双重作用,Numb的命运决定作用还与Shh信号通路和p53蛋白等相关.另外,Numb参与调控细胞的粘连、迁移以及神经元轴突的分支与延长.本文主要对Numb在果蝇及哺乳动物神经干/祖细胞中的定位以及其在决定细胞命运和分化中的调控作用进行综述.     

《血液》:研究发现血管内皮细胞选择造血命运新机制

<正>军事医学科学院生物工程研究所/蛋白质组学国家重点实验室杨晓课题组和军事医学科学院附属医院刘兵课题组合作,发现哺乳动物血管内皮细胞选择造血命运的负向调控机制--内皮细胞Smad4信号通过维持内皮下间质的BMP4表达以及抑制动脉内皮ERK的活化,从而阻止过度的内皮-造血转化。相关研究在《血液》(Blood)杂志在线发表。造血干祖细胞通过内皮-造血转化直接起源于胚胎中期的动脉内皮细胞,并且具有造血命运的内皮细胞只占所有内皮群体的极少数。然而     

细胞命运转变——癌化和转分化的研究

一般认为,在高等动物发育过程中,干细胞向终末细胞分化的过程是单向且不可逆的,这一现象被称之为细胞命运决定。在正常生理状态下,已经决定了命运的终末分化细胞受到胞内信号通路、表观遗传以及胞外微环境的严格调控,维持在一个相对稳定的类型和状态。一般不会转变为其他类型的细胞。这种细胞命运的稳定对于维持高等动物细胞功能、组织稳态等都极为重要。     

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。     

小鼠胚胎近端流出道隔的融合与心肌化研究

目的探讨心脏近端流出道隔的融合和心肌化过程及其机制。方法选用胚胎(embryonicday,ED)11.5至出生后1dC57BL6小鼠(简称C57小鼠)。采用免疫组化法测定横纹肌肌动蛋白αSCA,神经嵴细胞的标记物AP2及HNK1,凋亡相关分子activecaspase3的表达;采用TUNEL法原位检测细胞的凋亡程度。结果①近端流出道隔的融合及心肌化的时空模式:近端流出道心内膜垫于ED11.5开始融合,ED13.5基本完成融合;心肌化约从ED12.5开始,至ED15.5基本完成。整个心肌化过程呈现心肌从流出道隔由外向内的内向性生长趋势。②近端流出道隔HNK1的表达:从ED11.5到生后1d近端流出道隔极少或几乎无HNK1表达。③近端流出道隔AP2的表达:ED11.5几乎无表达,ED12.5、ED13.5可见少量表达,从ED14.5以后消失。④近端流出道隔细胞的凋亡:TUNEL和caspase3的检测均表明近端流出道隔的凋亡集中出现在ED12.5和ED13.5,一部分凋亡细胞可能为AP2阳性的神经嵴源性细胞。结论C57小鼠心脏近端流出道隔在胚胎发育早中期开始融合,并逐渐完成心肌化过程,心脏神经嵴细胞可能通过凋亡途径参与了该过程。     

离子通道对间充质干细胞增殖、骨向分化的作用

间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)是一类具有向中胚层多向分化的干细胞,其细胞表面的离子通道表达多样,功能复杂。近年来,离子通道对间充质干细胞的功能调节备受关注。越来越多研究发现离子通道参与各种信号传递,调控细胞功能,如增殖、分化等基因的表达等。本文主要从离子通道表达的角度介绍离子通道在间充质干细胞的增殖、骨向分化中的作用。     

机械力及力学信号转导影响干细胞命运的研究进展

干细胞作为一种未分化的祖细胞,目前已被广泛应用于开展组织损伤修复、再生以及干细胞特异谱系分化的研究.大量研究表明,干细胞所处的微环境对调控干细胞的生长和分化具有重要作用,多种溶液介质、细胞外基质和信号通路等参与了干细胞命运的调控.尽管已有大量研究证明,溶液介质(如激素和生长因子)在干细胞的生长和分化中发挥重要作用,但近年来越来越多的研究表明,机械力及力学信号转导同样在干细胞自我更新、分化、衰老和凋亡等细胞生理过程中起到重要的作用.本文将对机械应力响应的细胞基础、生物力学及力学信号调控干细胞自我更新和分化,以及生物力学调控干细胞命运可能的作用机制几个方面加以综述.     

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．     

细胞命运转化中的染色质重塑及其表观遗传调控机制

染色质重塑是重要的表观遗传调控机制,参与调控许多重要生物过程,但细胞命运转化中染色质变化模式及其调控机制并不清楚。围绕这一问题,江赐忠和高绍荣实验室研究了小鼠体细胞重编程及人胚胎干细胞(ESC)定向分化成神经外胚层细胞(NEC)中染色质重塑及其作用机制,取得一系列前沿性进展:揭示体细胞重编程中发生精确的核小体重塑,使之获得与ESC没有差别的染色质结构;绘制体细胞重编程中核心全能性转录因子Oct4的动态结合靶点与关键组蛋白修饰变化的分子路线图,及其两者互作对全能性获得与维持的调控机制;发现人ESC向NEC分化中,紧挨转录起始位点上游的核小体缺失区发生核小体丢失,激活NEC相关基因,组蛋白乙酰基转移酶KAT2B增加H3K9ac信号来招募转录因子Sox2结合到NEC特异靶点激活靶点基因,促进NEC分化。这些成果极大提高人们对细胞命运转化中染色质重塑及其表观遗传调控机制的认识。     

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。     

Tbx18+心外膜祖细胞参与成年小鼠部分心脏组织形成

转录因子Tbx18在胚胎心脏发育过程中起重要调控作用,是心外膜祖细胞标记之一|故以Tbx18为标记的阳性祖细胞群被称为：Tbx18+心外膜祖细胞(epicardial progenitor cells, EPCs)。小鼠胚胎、新生和成年期心脏组织细胞的特性区别较大,成年小鼠的心脏属于终末分化组织。但是,Tbx18+EPCs对成年小鼠心脏组织的贡献大小尚存争议。本研究拟定量分析Tbx18+EPCs对成年小鼠心脏组织的贡献大小。采用整体和组织切片X-gal染色检测成年心脏组织LacZ的表达|荧光激活细胞分选法(fluorescence activated cell sorting,FACS)分离成年Tbx18Cre/R26EYFP小鼠心脏组织EYFP+细胞。结果显示,在Tbx18+EPCs遗传谱系示踪小鼠,报告基因LacZ和EYFP在成年小鼠心脏的心室、心房、冠状动脉、室间隔等处表达|成年Tbx18Cre/R26EYFP小鼠心脏组织细胞用FACS分离,分选的EYFP+细胞比例平均约为33.94%。由此可见,成年小鼠心脏的心室、心房、冠状动脉、室间隔等心脏组织均可来源于Tbx18+EPCs|约1/3成年小鼠心脏组织细胞来源于Tbx18+EPCs。故Tbx18+EPCs参与成年小鼠心脏组织的部分形成。     

哺乳动物睾丸细胞间连接的动态调控

精子的发生过程是一个受多种因素(包括由细胞间连接的动态变化所形成的微环境等)精确调控的过程。细胞因子及睾酮以自分泌、旁分泌的形式对该微环境中的细胞连接水平如:生殖细胞穿越血睾屏障(the blood-testis barrier,BTB)的开闭机制等进行调控,从而对精子的发生起到重要调节作用。本文讨论了各种因素对细胞间连接的自分泌、旁分泌调控方式的影响,并简要介绍了近腔细胞外质特化(apical ectoplasmic specialization,近腔ES)-BTB-半桥粒/基底膜功能调控轴模型在生精细胞穿越BTB及精子释放等生精过程中的作用,为人们进一步认识精子发生过程中细胞间联系的功能及其调控提供了新的视角。