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。     

小鼠不同细胞间组蛋白修饰变化对MafA基因转录表达的影响

目的通过比较不同细胞类型之间MafA基因转录起始区的组蛋白修饰差异,探讨组蛋白修饰对MafA基因转录表达的作用。方法采用染色质免疫共沉淀-实时定量PCR法检测小鼠胰岛素瘤β细胞（NIT-1）、NIH小鼠成纤维细胞（NIH3T3）及小鼠胚胎干细胞（mES）三者中的MafA和MLH1基因转录起始区组蛋白修饰（H3K4m3、H3K9m3和H3乙酰化）的状况。同时采用实时定量RT-PCR检测上述三种细胞各基因mRNA表达水平。分析基因的H3K4m3、H3K9m3和H3乙酰化修饰与基因表达之间的相互关系。结果 （1）以mES细胞为参照,NIT-1细胞MafA基因的转录起始区的H3K4m3修饰水平明显增高（P〈0.05）,H3K9m3修饰水平明显降低（P〈0.05）;NIH 3T3细胞MafA基因的转录起始区的H3K9m3修饰水平明显增高（P〈0.05）,H3K4m3修饰水平明显降低（P〈0.05）;（2）MafA基因的仅在NIT-1细胞表达,其表达与H3K4m3修饰存在直线相关（相关系数0.995）;与H3K9m3修饰存在直线负相关（相关系数-0.751）;（3）管家基因MLH1的表达与所检测组蛋白修饰无相关性。结论 H3K9m3与H3K4m3修饰能相互协调,共同调控MafA基因的表达,对胚胎干细胞向β细胞分化具有重要的意义。     

Ezh2与G9a在Msx1抑制成肌细胞分化过程中的协同作用

组蛋白H3第27位赖氨酸的三甲基化(H3K27me3)和第9位赖氨酸的二甲基化(H3K9me2)参与很多重要的生物学过程,如与基因转录调控和细胞分化密切相关。H3K27me3和H3K9me2分别由赖氨酸甲基转移酶(KMTs)Ezh2和G9a催化形成。在基因转录调控和细胞分化调控过程中Ezh2和G9a之间是否存在协同,目前还不清楚。我们的前期研究表明,在成肌细胞中,同源异型框蛋白(homeoprotein)Msx1可分别招募Ezh2和G9a到其抑制靶标基因,通过影响其靶标基因的H3K27me3和H3K9me2的状态来抑制靶基因的表达,从而抑制肌肉细胞的分化。为了进一步探究Ezh2和G9a在Msx1介导的抑制成肌细胞分化过程中是否具有协同作用,我们对比了同时敲低Ezh2和G9a与分别敲低Ezh2或G9a对Msx1抑制成肌细胞分化、结合并抑制靶标基因能力的影响,研究显示双敲的影响更大。我们的研究表明,在Msx1抑制成肌细胞分化的过程中,Ezh2和G9a具有协同作用。另外,我们的研究为基因转录调控和细胞分化提供了新的分子机制。     

超声处理对PRC2相关蛋白染色质免疫共沉淀测序结果的影响

超声处理是染色质免疫共沉淀(Chromatin immunoprecipitation,Ch IP)实验过程中染色质片段化的重要手段之一。选用多梳抑制复合物2 (Polycomb repressive complex 2,PRC2)相关蛋白组蛋白甲基转移酶EZH2及其催化产物H3K27me3为代表,研究不同分子量大小的蛋白在不同超声处理时间下对染色质免疫共沉淀测序(Chromatin immunoprecipitation sequencing,Ch IP-seq)实验的影响,结果表明在启动子区或非启动子区,不同超声时间下小分子量组蛋白H3K27me3结合位点的注释基因均无明显差异,说明超声时间对组蛋白Ch IP-seq数据影响不大。与组蛋白不同,超声时间从10 min延长至20 min后启动子区EZH2新增结合位点的注释基因能够显著聚类在与肌动蛋白丝组装等相关通路上。超声20min相比10min,非启动子区EZH2新增基因的GO(Gene ontology)聚类通路要远多于丢失基因,且超声30 min相比20 min,非启动子区丢失基因的GO聚类通路要远多于新增基因,这些通路大多与RNA聚合酶Ⅱ(RNApolymeraseⅡ,RNAPII)、器官发育、细胞形态发生相关。这表明超声时间不足或过长均会导致EZH2的基因组定位信息的不全。另外,超声主要影响启动子区中的PRC2非结合区域及二价启动子区域的EZH2结合位点,还影响非启动子区中PRC2结合区域、PRC2不结合区域以及活化态增强子区域的EZH2结合位点。综上,建议对大分子量的染色质修饰相关蛋白优化超声处理时间,使形成的染色质片段聚集在100–500 bp可获得比较全面的基因组信息。对小分子量的组蛋白来说,超声时间对Ch IP-seq结果影响不大。     

转录因子SOX9基因对脑胶质瘤干细胞干性维持的相关性研究

目的:应用慢病毒干扰SOX9的表达,观察其对脑胶质瘤干细胞干性维持的影响。方法:设计2条针对SOX9转录短发夹RNA(sh RNA)的DNA序列,构建慢病毒并感染胶质瘤细胞系U87、U251细胞,利用嘌呤霉素筛选稳转细胞。在转录水平及蛋白水平检测SOX9的沉默效果,利用荧光实时定量PCR(q RT-PCR)及免疫荧光染色检测相应干细胞相关标志分子SOX2、Nestin的表达差异。比较诱导形成的胶质瘤干细胞成球能力(肿瘤干细胞成球的直径),同时利用荧光实时定量PCR(q RT-PCR)及免疫荧光染色对干细胞相关标志物SOX2、Nestin的表达水平进行比较。结果:SOX9成功包装慢病毒并有效感染U87、U251细胞,实时荧光定量PCR检测其抑制率分别可降低83.74%和80.12%。并且在稳转细胞系水平相关干细胞标志分子表达含量有明显下降。在干细胞层面沉默SOX9可以明显抑制胶质瘤细胞诱导成球的直径(P0.01),同时免疫荧光显示肿瘤干细胞相关干性分子SOX2、Nestin的表达水平较对照组明显降低。结论:慢病毒感染沉默SOX9基因可以抑制胶质瘤干细胞干性的维持,为胶质瘤的生物治疗提供了重要的靶点。     

蒺藜苜蓿离体再生过程中MtSERK1的组蛋白修饰状态分析

表观遗传修饰尤其是组蛋白修饰在维持植物基因组稳定、调控基因表达、促进离体再生等方面发挥了重要作用。MtSERK1基因是蒺藜苜蓿离体再生过程中胚性愈伤组织建立的重要标记基因。为了解该过程中组蛋白修饰与MtSERK1表达的动态调控关系,通过实时定量PCR方法分析了MtSERK1的表达变化并利用染色质免疫沉淀(ChIP)技术分析了其启动子区和不同基因结构区H3K9me2、H3K4me3和H3K9ac修饰状态。发现MtSERK1在蒺藜苜蓿离体再生过程中的表达激活与其5′末端和3′末端区的组蛋白H3K4me3和H3K9ac修饰的动态变化相关。该研究将为深入了解MtSERK1参与蒺藜苜蓿离体再生的表达调控机制及其高效遗传转化体系的建立提供重要的理论指导。     

组蛋白甲基转移酶G9a的表观遗传调控在肿瘤发生中的作用

抑癌基因的表达抑制是肿瘤发生发展中的关键步骤,其中表观遗传学调控机制在抑制表达的过程中起重要作用。组蛋白赖氨酸甲基转移酶G9a,含有经典的SET结构域,主要介导染色质中组蛋白H3中第9位赖氨酸的一甲基化和二甲基化(mono-and di-methylation of histone H3 Lys9,H3K9me1/H3K9me2)。G9a在多种肿瘤中的表达上调,并且G9a的表达异常增高与肿瘤预后不良有密切相关性。本文就G9a的结构及其在表观遗传上的功能做综述,重点描述G9a在肿瘤发生上的作用,并分析其作为靶点对肿瘤诊断和治疗的指导性意义。     

组蛋白甲基化修饰与早期胚胎发育及相关疾病的研究进展

早期胚胎发育受到表观遗传的多重级联调控.组蛋白修饰是表观遗传调控的重要组成部分,组蛋白翻译后修饰通过影响组蛋白与DNA结合的紧密程度,调控染色质状态与基因表达,参与了胚胎发育及相关疾病发生的过程.在早期胚胎发育过程中,组蛋白甲基化修饰H3K4me3, H3K27me3与H3K9me3通过协调染色质的开放与关闭参与调控发育相关基因的表达,沉默逆转录转座子以及参与经典与非经典的印记调控.早期胚胎阶段作为表观遗传重编程的关键时间窗口,在此阶段组蛋白修饰酶的表达与组蛋白修饰容易受到不良环境的影响,导致胚胎期及子代多种疾病的发生.本文详细地对组蛋白H3K4me3, H3K27me3, H3K9me3修饰在早期胚胎发育与疾病发生中的作用与功能进行了综述,为今后表观遗传学在早期胚胎发育相关疾病的干预治疗提供理论基础.     

异染色质相关蛋白TRIM28调控锌指蛋白和原钙黏蛋白家族基因的转录

目的 TRIM28是一种异染色质相关蛋白,通过和SETDB1、HP1相互作用参与H3K9me3修饰的建立,本文旨在更深入地研究TRIM28的相关功能。方法 本文利用CRISPR/Cas9技术、染色质免疫共沉淀技术、免疫印迹技术和实时荧光定量PCR技术,建立HEK293F Trim28基因敲除细胞系,分析一系列实验数据结果。结果 Trim28主要抑制内源表达水平较低的基因转录,进一步分析发现Trim28调控锌指蛋白家族基因和原钙黏蛋白β家族基因的转录。在Trim28敲除细胞系中,锌指蛋白家族基因H3K27ac修饰、H3K4me1修饰和H3K4me3修饰都显著上升,H3K9me3修饰下降。原钙黏蛋白β家族基因的H3K4me3修饰显著上升,H3K9me3修饰下降。结论 这些结果提示TRIM28通过改变染色质的开放程度调控锌指蛋白和原钙黏蛋白β家族基因的转录,为更深入研究TRIM28的功能提供了新的思路。     

质谱检测叶酸缺乏人胚肾细胞中低组蛋白H3赖氨酸79甲基化修饰

目的：探讨叶酸（Folic acid,FA）缺乏在培养的人胚肾细胞（HEK-293）中对细胞组蛋白修饰水平的影响。方法：人胚肾细胞分两组培养,一组正常培养,一组无叶酸培养。细胞提取组蛋白后通过高效液相色谱一线性离子阱/静电场轨道阱高分辨质谱（HPLC-LTQ/Orbitrap Ms）检测组蛋白的修饰以比较叶酸缺乏对人胚肾细胞组蛋白修饰的影响。结果：用高分辨质谱方法成功检测到人胚肾细胞的五个组蛋白变体H1,H3,H4,H2a和H2b上的33个组蛋白修饰位点,其中23个修饰位点为uniprot数据库上已经报道的组蛋白修饰位点,而其余10个为未报道修饰位点。通过质谱比较正常和叶酸缺乏组人胚肾细胞修饰谱发现H3K79me1和H3K79me2在叶酸缺乏培养组中检出率较低。进一步用蛋白免疫印迹的方法也证明了在叶酸缺乏的人胚肾细胞中H3K79me1水平低于正常培养组。结论：细胞中叶酸缺乏影响组蛋白甲基化包括H3K79me2和H3K79me1修饰水平,提示细胞外营养因素叶酸水平可影响组蛋白修饰水平从而参与疾病如神经管畸形（Neural tube defect,NTD）的发生。     

质谱检测叶酸缺乏人胚肾细胞中低组蛋白H3赖氨酸79甲基化修饰

目的:探讨叶酸(Folic acid,FA)缺乏在培养的人胚肾细胞(HEK-293)中对细胞组蛋白修饰水平的影响。方法:人胚肾细胞分两组培养,一组正常培养,一组无叶酸培养。细胞提取组蛋白后通过高效液相色谱一线性离子阱/静电场轨道阱高分辨质谱(HPLC-LTQ/Orbitrap Ms)检测组蛋白的修饰以比较叶酸缺乏对人胚肾细胞组蛋白修饰的影响。结果:用高分辨质谱方法成功检测到人胚肾细胞的五个组蛋白变体H1,H3,H4,H2a和H2b上的33个组蛋白修饰位点,其中23个修饰位点为uniprot数据库上已经报道的组蛋白修饰位点,而其余10个为未报道修饰位点。通过质谱比较正常和叶酸缺乏组人胚肾细胞修饰谱发现H3K79me1和H3K79me2在叶酸缺乏培养组中检出率较低。进一步用蛋白免疫印迹的方法也证明了在叶酸缺乏的人胚肾细胞中H3K79me1水平低于正常培养组。结论:细胞中叶酸缺乏影响组蛋白甲基化包括H3K79me2和H3K79me1修饰水平,提示细胞外营养因素叶酸水平可影响组蛋白修饰水平从而参与疾病如神经管畸形(Neural tube defect,NTD)的发生。     

人脐带间充质干细胞对胶质瘤细胞株U87上皮间质转化及皮下荷瘤能力的影响

目的研究人脐带间充质干细胞(hUCMSCs)体外模型中对胶质瘤细胞株U87荷瘤能力及其上皮间质转化(EMT)的影响及其可能机制。方法建立裸鼠皮下荷瘤模型,观察hUCMSCs与U87共培养组和U87单独荷瘤组皮下荷瘤能力的差别,免疫组化检测EMT相关基因组织表达水平,Western Blot检测EMT相关蛋白MMP2,MMP7,MMP9,E-cadherin(E-cad),N-cadherin(N-cad)和Vimentin(VIM)表达情况,q PCR检测EMT相关基因(mmp2,mmp7,mmp9,E-cad,N-cad和vimentin)转录水平。Transwell和Matrigel分别检测hUCMSCs对U87转移能力的影响,两组间比较拟采用独立样本t检验,多组间比较采用单因素方差分析。结果皮下荷瘤结果提示hUCMSCs与U87共培养组皮下荷瘤率高于U87单独荷瘤组,且肿瘤体积较大,RT-PCR结果提示:共培养组和单独培养组相比,E-cad水平下调,N-cad和VIM上调,且基质金属蛋白酶家族MMP2,MMP7,MMP9也有不同程度上调。Western blot结果提示:在蛋白水平共培养组和单独培养组相比,E-cad水平下调2.1倍,N-cad和VIM上调1.0倍,MMP9上调0.9倍;E-cad,N-cad,VIM以及MMP2变化结果与RT-PCR结果一致。免疫组化结果进一步验证hUCMSCs能促进U87表达Ki67,E-cad与N-cad低表达。Transwell和Matrigel实验结果提示hUCMSCs能够促进U87细胞的转移侵袭能力。结论 hUCMSCs能通过促进U87高表达EMT相关基因和增殖相关基因Ki67,从而促进胶质瘤细胞株U87皮下肿瘤形成并发生上皮间质转化,提示hUCMSCs临床应用中应该充分考略受试者是否是潜在胶质瘤患者。     

低温压力下水通道蛋白1b(aqp1b)基因的表达及表观调控

水通道蛋白是(aquaporins,AQPs)介导水分子被动跨膜转运的内在膜蛋白。本研究发现在低温胁迫下斑马鱼胚胎成纤维细胞(ZF4)中aqp1b基因相对表达水平显著升高,为研究低温胁迫下斑马鱼水通道蛋白(aqp1b)基因的表达调控机制,采用染色质免疫共沉淀-实时荧光定量PCR(Ch IP-q PCR)法和甲基化DNA免疫沉淀-实时荧光定量PCR(Me DIP-q PCR)法,研究低温压力下ZF4细胞中aqp1b基因启动子区域组蛋白修饰和DNA甲基化水平的变化。Ch IP-q PCR分析表明:低温处理5 d后aqp1b基因启动子区域H3K4me3(激活性组蛋白修饰标志)修饰水平比对照组显著提高3.1倍(p0.05);而H3K27me3(抑制性组蛋白修饰标志)修饰水平比对照组显著降低2.1倍(p0.01)。Me DIP-q PCR分析表明:低温处理组aqp1b基因启动子区域甲基化水平比对照组显著下调7.3倍(p0.01)。研究表明,低温压力下ZF4细胞中aqp1b基因的表达受到了表观遗传机制调控以适应低温压力。     

miR-21通过PTEN/PI3K/AKT信号通路调控胶质瘤细胞的增殖

探讨miR-21对胶质瘤细胞U87中人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因/磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PTEN/PI3K/AKT)信号通路相关影响作用研究。脂质体Lipofectamine~(TM)2000将miR-21 inhibitor和miR-21 NC转入U87细胞中,48 h后,RT-PCR检测miR-21表达,MTT法检测细胞活力,Annexin V/PI流式双染检测细胞凋亡情况,Western blotting检测PTEN/PI3K/AKT激活情况及程序性细胞死亡因子4(PDCD4),Bax及Bcl-2的表达。与miR-21 NC组比较,miR-21 inhibitor组miR-21表达量显著降低,U87细胞活力下降,细胞凋亡率提高,PI3K、Bcl-2及p-AKT表达量下调,PTEN、PDCD4及Bax表达量上调,差异均具有统计学意义(p0.01)。miR-21inhibitor能显著的抑制U87细胞的增殖,与PTEN/PI3K/AKT信号通路有关。     

从异常核型人胚胎干细胞中筛选不同X染色体失活状态的亚系

目的:从异常核型人胚胎干细胞系中分离两种不同X染色体失活(XCI)状态的细胞,建立亚系,并进行对其XCI状态特征和多能性标记进行鉴定。方法:G显带鉴定人胚胎干细胞系ch HESC-3早晚期代数细胞的核型,H3K27me3免疫荧光染色鉴定早晚期ch HESC-3表观遗传差异,RT-PCR检测早晚期ch HESC-3中XIST基因的表达。利用单细胞克隆的培养分选亚系,H3K27me3、RNA polymeraseⅡ以及DAPI三种标记的共染后每种表观标记各选两株进行RT-PCR,检测两种亚系中XIST基因的表达。并对这四株细胞进行干细胞标记鉴定。结果:G显带结果证明早期ch HESC-3为正常核型,晚期代数核型为异常核型,牵涉到8条染色体的复杂结构变异。H3K27me3免疫荧光染色证明异常核型ch HESC-3中有部分细胞出现了H3K27me3凝集点,而正常核型细胞中未发现。正常核型细胞(ch HESC-3N)没有XIST基因表达,异常核型细胞(ch HESC-3C)中有表达。在RNA polymeraseⅡ着色缺口中发现H3K27me3凝集点的细胞亚株XIST基因表达阳性,polymeraseⅡ着色缺口中未发现H3K27me3凝集点的细胞亚株XIST基因表达阴性,XIST阳性和阴性细胞各选两株进行多能性标记免疫荧光染色均为阳性。结论:成功从异常核型人胚胎干细胞系中分离两种不同XCI状态的细胞并建立亚系,两种表观类型的亚系均保持多能性标记并能在长期培养中保持各自特性。     

大鼠C6胶质瘤细胞中gdnf基因启动子Ⅰ区组蛋白高乙酰化可能参与了其高转录调控过程

目的:探讨大鼠C6胶质瘤细胞中gdnf基因高转录与其启动子Ⅰ区组蛋白乙酰化的关系。方法:应用Real-time PCR和ChIP-PCR技术分别检测了大鼠正常星形胶质细胞和C6胶质瘤细胞中gdnf基因mRNA的表达水平以及其启动子Ⅰ区组蛋白H3K9的乙酰化程度;利用Real-time PCR技术,检测了不同浓度的组蛋白乙酰基转移酶抑制剂姜黄素(Curcumin)或去乙酰化酶抑制剂曲古抑菌素A(TSA)处理对C6胶质瘤细胞中gdnf基因mRNA表达的影响。结果:较之正常星形胶质细胞,C6胶质瘤细胞中gdnf基因mRNA的表达量极显著增高(P0.01),并且其启动子Ⅰ区H3K9的乙酰化水平也显著升高(P0.05)。C6胶质瘤细胞经Curcumin处理24 h后,gdnf基因mRNA的表达量随药物浓度的升高而降低,且100μmol/L作用浓度时其表达量下降了74.17%(P0.001);相反,TSA处理后gdnf基因mRNA的表达量呈上升趋势,且200nmol/L组其表达量约上升145.35%(P0.05)。结论:在大鼠C6胶质瘤细胞中gdnf基因启动子Ⅰ区H3K9发生了高乙酰化修饰,这种修饰可能是其高转录的原因。     

人脑胶质瘤GDNF基因启动子I区H3组蛋白乙酰化修饰情况

目的：明确GDNF启动子I区在人脑胶质瘤中H,赖氨酸残基9位乙酰化（H3K9Ac）情况,探讨其对于GDNF在胶质瘤中表达的影响。方法：RT-PCR检测各组中GDNFmRNA的表达;建立基于Real．timePCR分析的染色质免疫共沉淀（CHIP）方法,检测12例胶质瘤与6例正常脑组织中GDNF基因启动子I区王H3组蛋白乙酰化情况。结果：Real-timePCR验证人脑胶质瘤GDNFmRNA的表达,转录水平随级另q的增高而增高,且低级别组、高级别组与正常组之间存在显著的统计学差异（P〈0．05）。启动子I区的H,组蛋白乙酰化水平,正常组与低级别组和高级别组之间比较均有显著性差异（P〈0．05）,且低级别与高级别之间也有显著性差异。结论：在人脑胶质瘤组织中,GDNF启动子I区发生了H3组蛋白高乙酰化修饰,这种修饰很可能会影响GDNF基因的表达。     

8-氯腺苷诱导的组蛋白H3K79双甲基化促进NBS1和p21的基因转录激活

组蛋白H3第79位赖氨酸甲基化（H3K79me）修饰有单甲基、双甲基及三甲基3种形式,是常染色质的标志.然而,对于组蛋白H3K79三种甲基化各自在基因转录、DNA损伤修复中所起的作用尚不十分清楚.本研究以8-氯腺苷（8-Cl-Ado）为DNA双链断裂（DNA double-stranded breaks,DSB）诱导剂,采用Western 印迹,在人肺癌细胞H1299检测出了DNA修复分子NBS1、细胞周期检验点相关分子p21,并发现H3K79me1、H3K79me2和H3K79me3三种甲基化修饰的组蛋白明显增加;染色质免疫共沉淀结合实时定量PCR实验显示,只H3K79me2与DNA损伤检验点分子p21、DNA修复分子NBS1的启动子区域相结合,说明H3K79双甲基化修饰与这些基因的转录激活有关.结果提示,在8-氯腺苷引起 DSB时,是H3K79me2、而不是H3K79me1和H3K79me3参与NBS1和p21基因转录激活时的染色质重塑.8-氯腺苷诱导H3K79双甲基化增强、促进H3K79me2所在染色质区域的NBS1和p21基因转录激活可能是8-Cl-Ado抑制肿瘤细胞生长作用机制之一.