开启干细胞多能性的新“按钮”

近日,科学家们发现了一个调控干细胞多能性的新"开关",也就是它能够控制干细胞分化为任何细胞类型的能力,而这个开关涉及了细胞内的mRNA剪接过程.RNA剪接过程能使一个基因产生多条mRNA转录本和与之相应的蛋白.研究人员发现这个"开关"就存在于FOXP1的mRNA剪接过程中,它在胚胎干细胞     

RNA结合蛋白在多能干细胞命运转变中的研究进展

RNA结合蛋白(RNA binding proteins,RBPs)是一类通过其RNA结合结构域与RNA相互作用的蛋白质,在细胞内发挥着非常重要的作用。RBPs参与从RNA代谢(包括RNA的可变剪接、稳定性、翻译)到表观遗传修饰等多种调控途径。已有大量文献报道转录因子、表观遗传修饰和细胞外信号通路参与调控干细胞的多能性维持、分化和体细胞重编程,但对于RBPs在细胞命运转变中作用的研究报道甚少。该文主要综述了RBPs通过调控RNA的可变剪接、mRNA稳定性、翻译水平、microRNA代谢及组蛋白修饰进而调控干细胞多能性维持和体细胞重编程。     

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。     

维持胚胎干细胞多能性和自我更新的转录因子Oct-4/ Nanog以及相关的调控网络

Oct-4和Nanog是两种维持干细胞多能性和自我更新的转录因子, 它们通过结合靶基因调控区, 选择性地抑制分化基因表达或促进多能性基因表达。它们通常只在多能干细胞中表达, 在分化细胞中不表达。在不同的发育阶段, 它们的表达量受到特异调控, 并且分别与Sox-2、FoxD3等其他转录因子以及LIF、BMP等胞外信号通路互相作用, 形成一个复杂的转录调节crosstalk网络, 在特异时空激活或抑制靶基因的转录; 通过互相制约最终决定干细胞是保持多能性还是分化, 以及向哪个方向分化。此外, Oct-4和Nanog对体细胞重编程为多能细胞也有重要作用。     

原始生殖细胞发生的机制

生殖细胞的发生是发育和遗传的基础。在几乎所有哺乳动物中,原始生殖细胞（primordial germ cell,PGC）均由近端上胚层体细胞在周边细胞特定的信号诱导下特化而成。目前的研究已经发现一些与生殖细胞特化有关的信号分子和关键转录调控元件,以及特化后生殖细胞获得的与体细胞不同的生物特性。生殖细胞的特化是一个结合了体细胞发育程序的抑制、细胞多能性程序的启动和全基因组表观遗传重编程三个方面的动态的复杂过程。多能性干细胞（胚胎干细胞或诱导型多能干细胞）具有发育全能性,能分化为机体任何一种细胞类型,包括生殖细胞。利用多能性干细胞体外分化形成生殖细胞有助于深入系统地研究配子发生的调控机制,为干细胞在不育症治疗方面的应用带来新希望。     

原始生殖细胞发生的机制

生殖细胞的发生是发育和遗传的基础。在几乎所有哺乳动物中,原始生殖细胞(primordial germ cell,PGC)均由近端上胚层体细胞在周边细胞特定的信号诱导下特化而成。目前的研究已经发现一些与生殖细胞特化有关的信号分子和关键转录调控元件,以及特化后生殖细胞获得的与体细胞不同的生物特性。生殖细胞的特化是一个结合了体细胞发育程序的抑制、细胞多能性程序的启动和全基因组表观遗传重编程三个方面的动态的复杂过程。多能性干细胞(胚胎干细胞或诱导型多能干细胞)具有发育全能性,能分化为机体任何一种细胞类型,包括生殖细胞。利用多能性干细胞体外分化形成生殖细胞有助于深入系统地研究配子发生的调控机制,为干细胞在不育症治疗方面的应用带来新希望。     

上皮剪接调节蛋白1的研究进展

上皮剪接调节蛋白1(Epithelial splicing regulatory protein 1,ESRP1)是近年来发现的一种上皮细胞特异性剪接因子,主要通过选择性剪接在转录后水平调节基因的表达,继而影响细胞的功能。研究表明,ESRP1通过调控上皮间质转化、细胞周期进展、氧化还原反应以及脂肪酸代谢等过程,多方面参与肿瘤的发生、发展和对治疗药物的反应。小鼠实验研究表明,ESRP1基因敲除可以导致多种器官发育异常,包括颅面部畸形、皮肤屏障功能受损、肾脏以及耳蜗发育不良等。此外,ESRP1还可以通过调控转录因子的活性以及非编码RNA的生成,提高小鼠成纤维细胞重编程为多能干细胞的效率并维持人胚胎干细胞的多能性。鉴于ESRP1在多个研究领域的重要性,本文对ESRP1常见的下游靶分子、信号通路、以及在生理病理环境下所发挥的功能进行阐述,以期进一步指导基础研究和临床应用。     

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。     

拟南芥不同组织基因表达及可变剪接差异分析

可变剪接是转录后重要的基因表达调控方式,也是转录组和蛋白质组多样性的重要来源. 近年来随着拟南芥、水稻、玉米等植物转录组测序的完成,研究人员发现植物pre-mRNA可变剪接的发生与组织分化、发育等生物学过程密切相关. 本工作基于GEO数据库的RNA-seq数据,使用高通量测序数据分析常用的Trimmomatic、Salmon、DESeq2、SUPPA2等工具,识别了拟南芥的种子、根、叶、花、花梗、节间、长角果共7种组织的表达基因和可变剪接事件,以及7种组织间的差异表达基因和差异可变剪接事件,并以叶和花为例展示了相应的生物学功能分析. 该工作系统地研究了拟南芥基因表达和可变剪接发生的组织特异性,有助于进一步阐明植物基因组的基因表达调控机制.     

MBD3调节干细胞多能性和重编程机制的研究进展

MBD3(methyl CpG binding domain 3)是甲基CpG结合域蛋白家族的成员之一,也是NuRD(nucleosome remodeling and deacetylase complex)的核心亚单位之一。MBD3蛋白可以结合非甲基化DNA,通过MBD蛋白结构域或与NuRD结合发挥作用。MBD3通过参与调节染色质结构和激活转录过程,调节胚胎干细胞的多能性和谱系分化,对于胚胎发育和分化十分关键。MBD3在体细胞和神经干细胞重编程中也发挥着重要作用。此外,在缺氧环境下MBD3还能影响细胞代谢调控。该文围绕MBD3诱导DNA去甲基化、调节染色质结构、调控转录、调节胚胎干细胞的多能性和谱系分化、在重编程中的作用以及缺氧环境中的对细胞代谢的影响等展开论述,以期为多能干细胞的表观遗传研究及重编程技术的优化提供参考。     

颌下腺导管细胞与胶原海绵细胞相容性的实验研究

为探讨胶原海绵对颌下腺 (submandibulargland ,SMG)导管细胞的细胞相容性 ,采用HE染色光镜观察及免疫组化观察SMG导管细胞接种于胶原海绵后 ,细胞的生长情况。光镜下可见接种后第 1d细胞数量较少 ,分散于胶原海绵支架中间 ,第 7d细胞数量明显增加 ,免疫组织化学染色抗IV型胶原抗体染色呈阳性 ,说明细胞与支架材料之间已经有细胞外基质产生。胶原海绵具有良好的细胞相容性 ,是一种理想的支架材料。与胶原海绵复合培养 ,颌下腺导管细胞仍可保持良好的增殖能力。     

Determining Cell Number During Cell Culture using the Scepter Cell Counter

Counting cells is often a necessary but tedious step for in vitro cell culture. Consistent cell concentrations ensure experimental reproducibility and accuracy. Cell counts are important for monitoring cell health and proliferation rate, assessing immortalization or transformation, seeding cells for subsequent experiments, transfection or infection, and preparing for cell-based assays. It is important that cell counts be accurate, consistent, and fast, particularly for quantitative measurements of cellular responses.Despite this need for speed and accuracy in cell counting, 71% of 400 researchers surveyed¹ who count cells using a hemocytometer. While hemocytometry is inexpensive, it is laborious and subject to user bias and misuse, which results in inaccurate counts. Hemocytometers are made of special optical glass on which cell suspensions are loaded in specified volumes and counted under a microscope. Sources of errors in hemocytometry include: uneven cell distribution in the sample, too many or too few cells in the sample, subjective decisions as to whether a given cell falls within the defined counting area, contamination of the hemocytometer, user-to-user variation, and variation of hemocytometer filling rate².To alleviate the tedium associated with manual counting, 29% of researchers count cells using automated cell counting devices; these include vision-based counters, systems that detect cells using the Coulter principle, or flow cytometry¹. For most researchers, the main barrier to using an automated system is the price associated with these large benchtop instruments¹.The Scepter cell counter is an automated handheld device that offers the automation and accuracy of Coulter counting at a relatively low cost. The system employs the Coulter principle of impedance-based particle detection³ in a miniaturized format using a combination of analog and digital hardware for sensing, signal processing, data storage, and graphical display. The disposable tip is engineered with a microfabricated, cell- sensing zone that enables discrimination by cell size and cell volume at sub-micron and sub-picoliter resolution. Enhanced with precision liquid-handling channels and electronics, the Scepter cell counter reports cell population statistics graphically displayed as a histogram.     

Cell Physician: Reading Cell Motion

Cell motility is an essential phenomenon in almost all living organisms. It is natural to think that behavioral or shape changes of a cell bear information about the underlying mechanisms that generate these changes. Reading cell motion, namely, understanding the underlying biophysical and mechanochemical processes, is of paramount importance. The mathematical model developed in this paper determines some physical features and material properties of the cells locally through analysis of live cell image sequences and uses this information to make further inferences about the molecular structures, dynamics, and processes within the cells, such as the actin network, microdomains, chemotaxis, adhesion, and retrograde flow. The generality of the principals used in formation of the model ensures its wide applicability to different phenomena at various levels. Based on the model outcomes, we hypothesize a novel biological model for collective biomechanical and molecular mechanism of cell motion.     

细胞提取物重编程研究进展

体细胞重编程是在特定的条件下使已分化的细胞转变成为另一种细胞.体细胞重编程的方式主要有体细胞核移植技术、细胞融合技术、细胞提取物处理技术及特定转录因子转染技术.现有研究表明,细胞提取物重编程技术在体细胞重编程中发挥着一定的作用,为此,就该技术的最新研究进展和可能机制作一综述.     

Tuning Cell Motility via Cell Tension with a Mechanochemical Cell Migration Model

Cell migration is orchestrated by a complicated mechanochemical system. However, few cell migration models take into account the coupling between the biochemical network and mechanical factors. Here, we construct a mechanochemical cell migration model to study the cell tension effect on cell migration. Our model incorporates the interactions between Rac-GTP, Rac-GDP, F-actin, myosin, and cell tension, and it is very convenient in capturing the change of cell shape by taking the phase field approach. This model captures the characteristic features of cell polarization, cell shape change, and cell migration modes. It shows that cell tension inhibits migration ability monotonically when cells are applied with persistent external stimuli. On the other hand, if random internal noise is significant, the regulation of cell tension exerts a nonmonotonic effect on cell migration. Because the increase of cell tension hinders the formation of multiple protrusions, migration ability could be maximized at intermediate cell tension under random internal noise. These model predictions are consistent with our single-cell experiments and other experimental results.