MicroRNA调控造血干细胞发育

造血干细胞是目前研究最为深入的成体干细胞,是极富应用前景的研究领域,然而其维持自我更新以及多向分化潜能的分子机制尚不明.MicroRNA (miRNA)是一类崭新的调控性非编码小分子RNA,在监控生物体个体发育和细胞增殖、分化进程中起着重要作用.miRNA参与包括胚胎干细胞和多种成体干细胞的发育进程,人类造血干细胞及其发育过程中也存在特征性miRNA表达谱,参与调控造血干细胞发育进程,以miRNA为分子靶点的防治造血功能低下疾患的研究具有广阔的应用前景.     

小分子物质对维持胚胎干细胞未分化状态的调控作用

胚胎干细胞作为一种具有多潜能和高度自我更新能力的种子细胞,己被广泛地应用于医学研究领域。在体外培养条件下,胚胎干细胞可被诱导分化为三个胚层来源的组织细胞,故被看作为最具有应用前景的种子细胞。近年来,对于在体外培养条件下如何维持胚胎干细胞的多能性即使其较长时期的处于未分化状态成为研究热点,其中一些天然存在或人工合成的小分子物质可通过作用于某些特定的靶信号通路,调控胚胎干细胞的分化命运。本文概述了几种小分子物质的最新研究进展,并对小分子物质在成体多分化潜能胚胎样干细胞分化调控方面的应用前景进行评述。     

小分子化合物诱导干细胞向视网膜感光细胞分化的研究进展

干细胞是一类具有多向分化潜能的细胞群,如胚胎干细胞(embryonic stem cell,ESC)、诱导多潜能干细胞(induced pluripotent stem cell,i PSC)等,可在特定的条件下向包括视网膜感光细胞在内的多种细胞分化。小分子化合物是一类由组织细胞合成、分泌的小分子多肽类因子,特定的小分子化合物可作用于干细胞诱导其向视网膜感光细胞分化。目前,对干细胞体外培养,通过使用不同的诱导培养方案,探索干细胞向视网膜感光细胞分化的研究成为热点。早期,研究者们主要在共培养条件下采用小分子化合物诱导ESC向视网膜感光细胞分化,随着研究的进展,逐渐开始探索在无共培养条件下小分子化合物诱导ESC向视网膜感光细胞的分化以及小分子化合物诱导i PSC向视网膜感光细胞的分化。本文主要就小分子化合物促进ESC和i PSC向视网膜感光细胞分化的研究进展进行综述。     

小鼠胚胎干细胞定向分化为神经干细胞过程中microRNA的变化

目的用生物芯片技术分析胚胎干细胞定向分化为神经干细胞过程中microRNA(miRNA)的表达变化,筛选调控的分化的miRNA,研究分化调控机制。方法胚胎干细胞在含LIF培养基中培养3d后,采用经典5步培养方法定向诱导向神经干细胞分化,采用nestin作为神经干细胞标记进行鉴定,送检胚胎干细胞及神经干细胞,提取总RNA以及小分子RNA,经荧光标记后与miRNA基因芯片杂交,获得胚胎干细胞诱导前后miRNA表达谱。结果1)胚胎干细胞在含LIF培养过程中保持未分化状态,Oct-4、碱性磷酸酶表达阳性;2)经典五步法诱导胚胎干细胞定向分化为神经干细胞,nestin阳性细胞为85%;3)通过基因微阵列分析,有90个miRNA的改变显著,其中68个表达上调,22个表达下调。结论miRNA可能对胚胎干细胞定向分化为神经干细胞过程起到关键作用。     

miRNA调控骨髓增生异常综合征的发生发展

骨髓增生异常综合征(MDS)是一组起源于造血干细胞(HSC)的异质性克隆性疾患,以形态学改变(病态造血)和造血功能异常(无效造血)为主要特征,然而其发生、发展及白血病转化的分子机制尚不明确。MicroRNA(miRNA)是一类重要的非编码小分子RNA,在调控造血干细胞发育进程中起着重要作用,其在MDS的发生发展及白血病转化中的作用也逐渐被认识,以miRNA为分子靶点诊治造血干细胞受损疾患的研究具有广阔的应用前景。     

基础培养液和小分子对猪类胚胎干细胞建系效率的影响

猪是人类疾病模型的重要候选动物之一,建立真正的猪胚胎干细胞系将极大地推动该领域的进展。培养液和细胞信号通路是目前限制猪胚胎干细胞系建立的两个主要影响因素。该研究探索了基础培养液(KO-DMEM和DMEM/F12)和小分子(PD0325901和CHIR99021,简称2i)对猪类胚胎干细胞建系效率的影响。实验结果显示,发育至6 d的体外受精胚胎在KO-DMEM培养液中贴壁率和原代克隆形成率显著高于DMEM/F12培养液;添加2i后,两种培养液中的胚胎贴壁率和原代克隆形成率均下降。在KO-DMEM培养液中可获得稳定传代的细胞系,获得的细胞系呈碱性磷酸酶阳性,核型正常,表达Oct4、Sox2和Nanog,不表达Cdx2。细胞系可成功进行转基因操作。结果表明,以KO-DMEM为基础培养液的培养体系可以获得猪类胚胎干细胞,2i不利于胚胎贴壁和原代克隆形成。该研究为猪胚胎干细胞建系培养体系的选择及推断猪胚胎干细胞多能性细胞信号调控通路提供了重要的实验依据。     

Fbxw7在干细胞维持中的作用

干细胞拥有独特的细胞周期状态,具有自我更新和多向分化的潜能。干细胞一般分为成体干细胞、胚胎干细胞和诱导多功能干细胞三大类。成体干细胞一般处于静止状态,在需要增殖的情况下,可以转换到增殖状态。然而,胚胎干细胞和诱导多功能干细胞会一直保持快速增殖的状态,直到出现分化诱导,中止细胞周期进程。揭示干细胞细胞周期的调控机制,能帮助我们更好地了解干细胞自我更新和分化之间的调控。目前已经鉴定出许多细胞因子及小分子化合物能促进干细胞增殖,但相关的负调控因子却了解不多。Fbxw7(F-box and WD40 repeat domaincontaining 7)作为一种泛素连接酶,能负向调控造血干细胞、神经干细胞、胚胎干细胞、精原干细胞以及肿瘤干细胞等的细胞周期进程,尤其是在调控成体干细胞的静止、增殖和分化方面有重要作用。     

人胚胎干细胞建系的研究进展

人胚胎干细胞(human embryonic stem cells,h ESCs)具有自我更新和分化的潜能,自成功建立细胞系以来学者们一直在改进建系方法和培养体系,如避免异源污染(基质胶的研究、无饲养层和无血清培养体系的研究等)以建立优质的细胞系,获得更高全能性的干细胞(采用不同小分子的组合培养干细胞或建系),这些研究已经取得巨大成果。现通过胚胎来源、内细胞团(inner cell mass,ICM)分离、h ESCs培养体系3个方面综述h ESCs建系的研究进展。     

胚胎干细胞向心肌细胞分化过程中能量代谢变化的研究

目的：定向诱导人胚胎干细胞分化为心肌细胞，对分化过程中胚胎干细胞、心肌祖细胞和心肌细胞糖酵解能力和线粒体氧化磷酸化能力进行实时定量检测，探索分化过程中细胞能量代谢表型的转换机制.方法：用GSK3抑制剂CHIR99021和Wnt信号通路小分子抑制剂IWP2的方法定向分化人胚胎干细胞为心肌祖细胞和心肌细胞；细胞免疫荧光检测人胚胎干细胞标志物，流式细胞术检测人心肌祖细胞和心肌细胞标志物；应用细胞外流量分析（Extracellular Flux Analysis）方法检测人胚胎干细胞、心肌祖细胞和心肌细胞能量代谢情况.结果：人胚胎干细胞干性保持稳定，均表达Nanog、OCT4、SOX2细胞标志物；在向心肌分化过程中，第7d心肌祖细胞标志物Isl1表达99%以上，分化第15d心肌细胞标志物cTnT表达83%以上；人胚胎干细胞糖酵解代谢能力最强，心肌细胞线粒体功能最强，心肌祖细胞处于两种代谢方式的过度阶段.结论：在人胚胎干细胞向心肌细胞分化的过程中，细胞糖酵解能力逐渐减弱，线粒体氧化磷酸化能力逐渐增强，细胞的能量代谢类型发生转变.     

MicroRNAs对心脏发育与再生的调控作用

MicroRNAs(miRNAs)是一类非编码小分子RNA,参与调控基因表达,也是心脏发育的重要调控者。人类发育成熟的心脏损伤后再生能力有限,并且损伤的心肌由大量增殖的成纤维细胞替代,导致心脏结构和功能的不可逆损伤。研究发现,miRNAs参与胚胎干细胞、心脏祖细胞以及成纤维细胞的增殖与分化,可促进受损心脏再生。现就miRNAs调控胚胎干细胞、心脏祖细胞和成纤维细胞介导的心脏再生作用及其潜在治疗前景进行综述。     

bFGF激活PI3K信号通路调控大鼠胚胎干细胞自我更新

碱性成纤维细胞生长因子(basic fi broblast growth factor,b FGF)在小鼠和人胚胎干细胞自我更新和分化过程中起着重要的调控作用,但目前关于bFGF在大鼠胚胎干细胞中的调控作用并不是很清楚。该文在无饲养层细胞的条件下,通过碱性磷酸酶染色、免疫荧光、RT-PCR等方法对大鼠胚胎干细胞在激活b FGF相关信号通路后自我更新、细胞分化潜能等进行了分析。结果显示,在白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor,LIF)加GSK3抑制剂(CHIR99021)和ERK抑制剂(PD0325901)(简称L/2I)基础上,b FGF能明显促进大鼠胚胎干细胞的增殖。L/2I/b(L/2I+b FGF)条件下培养的大鼠胚胎干细胞能维持干性标志基因Oct-4、Nanog的表达,同时也保持了向不同胚层细胞分化的能力。另外,L/2I/b也能支持从大鼠囊胚原代分离胚胎干细胞。Western blot结果显示,b FGF能促进PI3K下游分子AKT的磷酸化。小分子化合物SU5402或LY294002分别抑制FGF受体及PI3K均能阻断b FGF激活的AKT磷酸化,并抑制b FGF对大鼠胚胎干细胞自我更新的促进作用。这些结果表明,b FGF通过激活大鼠胚胎干细胞PI3K/AKT相关的信号通路促进大鼠胚胎干细胞自我更新。     

哺乳动物体外配子发生研究进展

生殖细胞的全能性保证了遗传信息和表观遗传信息的多样化和持续性。基于人们对生殖细胞发育机制理解的不断深入和干细胞技术在生殖领域中的应用,目前利用多能干细胞(pluripotent stem cells, PSCs)在体外重建生殖细胞发育过程的相关研究已取得显著进展。PSCs包括通过转录因子或化学小分子诱导体细胞重编程产生的诱导性PSCs(induced PSCs, iPSCs)和来自植入前胚胎的胚胎干细胞(embryonic stem cells, ESCs)。体外重建生殖细胞发育也称为体外配子发生(in vitro gametogenesis, IVG)。IVG不仅可为进一步探索生殖细胞发育机制奠定基础,还可为创新医学的应用开辟前景。该文主要讨论了哺乳动物IVG的研究现状以及该领域当前面临的挑战。     

胚胎干细胞周期调控的研究进展

胚胎干细胞（embryonic stem cells,Escs）具有自我复制和多潜能分化的特性。相对于体细胞,胚胎干细胞的细胞周期调控非常特别。比如,G1期较短;P53、RB等调控细胞周期“检验点”的蛋白分子功能“异常”等。胚胎干细胞细胞周期调控的研究对于研究胚胎干细胞的自我复制和多潜能性,都具有重要指导意义。该文将重点比较体细胞和胚胎干细胞在细胞周期调控方面的差异,并对近年来有关小鼠和人胚胎干细胞的细胞周期调控的研究进展进行介绍。     

单倍体胚胎干细胞的获得与应用前景

单倍体细胞在遗传筛选、生物发育与辅助生殖等研究中都具有重要的应用价值。近年来,有实验室建立了哺乳动物的单倍体胚胎干细胞系,但这些单倍体胚胎干细胞是否真的具有多能性以及转基因的单倍体胚胎干细胞能否直接从细胞水平传递到动物水平,这些问题并不清楚。以自然科学基金委重大研究计划为依托,周琪实验室开展了系统的研究,获得了一系列前沿性进展:获得了具有多能性的单倍体胚胎干细胞;利用单倍体胚胎干细胞获得基因修饰动物;利用单倍体胚胎干细胞替代精、卵结合获得后代;利用单倍体胚胎干细胞进行同性生殖;利用单倍体胚胎干细胞研究物种间杂交。这一系列自主创新的研究成果推进了整个领域对单倍体胚胎干细胞的认识,大大拓展了单倍体胚胎干细胞研究的理论价值和应用前景。现主要对自然科学基金委重大研究计划中周琪实验室的原创性工作进行综述。     

人胚胎干细胞向生殖细胞分化的研究进展

小鼠胚胎干细胞体外已成功诱导分化为配子细胞,人胚胎干细胞理论上也具备分化为生殖细胞的潜能。本文从影响人胚胎干细胞体外向生殖系分化的基因调控和干细胞小生境（niche）方面进行综述,并指出胚胎干细胞在生殖医学及不孕治疗中的研究方向和应用前景。     

MicroRNA对胚胎干细胞的多能性网络调控

胚胎干细胞(Embryonic stem cells, ESCs)是一类能够无限增殖和诱导分化为多种类型细胞的干细胞。MicroRNA(miRNA)是一类内源性具有调控基因表达功能的非编码RNA, 在ESCs增殖和分化过程中起重要作用。MiRNA可以通过对ESCs多能性网络中的转录因子、细胞周期、表观遗传学、信号转导等方面调控, 促使ESCs维持多能性状态。文章重点综述了miRNA的生成过程、调控ESCs多能性的主要miRNA家族以及miRNA对ESCs多能性网络调控作用等内容。     

化学分子在干细胞生物学研究中的应用

随着干细胞生物学的发展,细胞替代治疗已成为治疗人类疾病的新途径。目前,许多天然和合成的小分子化合物可以用来有针对性的诱导干细胞增殖和分化。这些小分子化合物将为研究干细胞生物学特性提供新的思路,并且可能会解决干细胞在组织修复和再生医学中的关键问题。该文介绍小分子化合物在体外诱导干细胞定向分化及其在疾病治疗中的应用。     

家畜胚胎干细胞多能性候选信号通路及分子标志

家畜胚胎干细胞具有重要的生物学意义和广阔的应用前景。以下对比了小鼠、人胚胎干细胞多能性调控信号通路的异同,阐述了小鼠、人胚胎干细胞与家畜胚胎干细胞在多能性分子标志上的差异,并结合本实验室开展绵羊胚胎干细胞研究的实际经验,对目前家畜胚胎干细胞建系中可能存在的多能性候选信号通路及分子标志进行了探讨。     

胚胎干细胞

第一次卵裂什么是胚胎干细胞?当受精卵分裂发育成囊胚时(受精后5～6天),内层细胞团的细胞即为胚胎干细胞。胚胎干细胞具有全能性,可以自我更新并具有分化为体内所有组织的能力。早在1970年科学家已从小鼠中分离出胚胎干细胞并在体外进行培养。而人的胚胎干细胞的体外培养直到最近才获得成功。进一步说,胚胎干细胞是一种高度未分化细胞,能分化出所有组织和器官,包括生殖细胞。研究和利用胚胎干细胞是当前生命科学领域的核心问题之一。     

干细胞多能性信号调控机制研究进展

多能性干细胞是一类具有体外无限自我复制和分化为体内多种细胞类型能力的多潜能细胞,是研究基因功能、建立疾病模型和促进再生医学领域发展的一种重要工具。自1981年小鼠胚胎干细胞建立以来,科学家们已经先后成功地建立了灵长类、人、大鼠的胚胎干细胞和小鼠、大鼠的上胚层干细胞等。但是,目前研究表明,维持人、灵长类胚胎干细胞的多能性信号通路与维持小鼠、大鼠胚胎干细胞的截然不同,而与维持小鼠、大鼠上胚层干细胞的信号通路比较类似。因此,该文对目前研究较多的维持小鼠胚胎干细胞、人胚胎干细胞和小鼠上胚层干细胞的多能性信号通路进行了综述,希望能够对其它物种的多能性干细胞研究提供有益的借鉴。