利用連續重編程體系研究體細胞重編程的表觀遺傳機制

《利用連續重編程體系研究體細胞重編程的表觀遺傳機制》是依託同濟大學，由高紹榮擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：利用連續重編程體系研究體細胞重編程的表觀遺傳機制
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：高紹榮
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

近來研究表明在分化的體細胞中過表達幾個在胚胎幹細胞中高表達的轉錄因子就可以將體細胞重編程為誘導多能幹細胞（iPS細胞）。iPS細胞在再生醫學領域具有巨大的套用前景，用來模擬疾病的發生，進行藥物篩選，甚至可以用於細胞治療。同時，iPS細胞也為我們提供了一個非常好的工具用來研究細胞命運改變的表觀遺傳機制。我們實驗室近年來在iPS細胞領域獲得了重要進展，我們已經利用Dox誘導系統建立了兩類連續重編程體系，可以保證重編程起始細胞的均一性。在第一種連續重編程體系中我們用了傳統的OSKM四因子，通過四倍體囊胚互補實驗獲得六代重編程iPS小鼠，另外，我們還建立了用3*Flag標記的Oct4製備的OSKM iPS細胞及小鼠，這樣我們就可以非常精細的研究外源Oct4在重編程過程中的作用機制。我們近來的研究發現DNA羥甲基化酶Tet1可以替代Oct4完成重編程。我們將利用這兩個體系研究重編程的表觀遺傳機制。

結題摘要

在本項目支持下，我們利用小鼠和人連續重編程體系，系統研究了終末分化體細胞重編程為誘導多能幹細胞過程中的分子機制，揭示了重編程因子是如何通過改變表觀遺傳修飾進而調控基因表達的改變，從而達到將體細胞重編程為多能幹細胞的分子機制。 首先，我們在實驗室建立的OSKM可誘導iPS小鼠基礎上，建立了連續六代重編程體系，揭示了在利用傳統病毒方法介導體細胞重編程可能存在一定的風險，會造成突變的積累，提示我們將來iPS細胞在病人上的套用需要進行充分風險評估。進而利用這一獨特的OSKM連續重編程體系探究了重要轉錄因子在體細胞重編程過程中的作用機制。以核心轉錄因子Oct4為例，我們發現在重編程的不同階段，Oct4分層次地結合到基因組上，其結合受到了基因組上預先設定的表觀遺傳修飾的影響。轉錄因子和表觀遺傳修飾間相互關聯和互作，共同調控細胞內基因表達的變化，最終導致細胞命運轉變。Oct4的結合對於重編程過程中多能網路的層次性有序激活具有重要作用。其次，我們利用OSKM連續重編程系統系統研究了由內中外三胚層來源的體細胞重編程為具有很好多能性的iPS細胞中核小體組裝情況。發現這些細胞系的基因表達譜有高度相似。具有真正多能性幹細胞（iPSC與ESC）之間全基因組的核小體占有（occupancy）也是高度相似，但多能性細胞與小鼠胚胎成纖維細胞（MEF）之間全基因組的核小體占有呈現顯著差別。這個結果也表明重編程過程中核小體分布被精確重塑，從而與轉錄因子形成各自獨特的空間關係，達到精確調控基因轉錄表達，從而維持細胞多能性。在對雌性體細胞重編程機制研究中，我們發現在重編程過程的前期抑制Xist的表達會阻礙間充質細胞向上皮細胞轉換的過程，然而，在重編程過程的後期抑制Xist的表達會極大地促進雌性前體誘導多能性幹細胞向誘導多能性幹細胞的轉換，對其中的分子機制也進行了闡述。我們還對Tet1介導的體細胞重編程機制進行了研究。相關研究成果發表在Nature, Nature Communications, Cell Reports, Stem Cells等國際知名學術期刊上，提升了我國在該領域的影響力。