《決定ES和iPS細胞全能性的關鍵因素及表觀遺傳調控機制》是依託同濟大學，由江賜忠擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：決定ES和iPS細胞全能性的關鍵因素及表觀遺傳調控機制
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：江賜忠
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
誘導多能幹細胞(iPS)的誕生是生命科學的重要里程碑，2009年iPS四倍體互補小鼠的培育成功是iPS研究的重大突破，首次證實iPS與ES細胞一樣具有發育全能性。但ES與iPS細胞全能性的維持機制是什麼？是否有本質差別？這些問題都還不清楚。本項目擬結合表觀遺傳組學方法、高通量技術和生物信息學分析手段，繪製ES、能發育成四倍體互補小鼠iPS和不能發育成四倍體互補小鼠iPS細胞的全基因組高解析度mRNA、microRNA、DNA甲基化、組蛋白修飾圖譜。比較分析這些表觀遺傳信息在不同幹細胞中的分布規律與異同點，鑑定幹細胞全能性所必需的表觀遺傳信息，以及顯著差異的表觀遺傳信息可用來區分具有發育全能性與不具有發育全能性幹細胞的分子標記；並分析這些表觀遺傳信息之間的關係，構建幹細胞全能性維持中的表觀遺傳調控網路。這些結果的獲得將有助於篩選具有發育全能性的iPS細胞，促進iPS這一技術在臨床中的套用。
結題摘要
本項目主要研究細胞重編程中精確的核小體重塑，與細胞分化中核小體重塑與染色質結構變化的表觀遺傳調控機制。基本完成了項目的預定目標。代表性成果有，1.體細胞重編程中發生核小體重塑。但重建的核小體圖譜與胚胎幹細胞的有多大相似程度並不清楚。我們利用高通量測序技術，繪製分別由內、中、外胚層細胞誘導的小鼠iPS細胞與胚胎幹細胞的全基因組單核小體圖譜與基因表達譜。分析發現這些細胞系的基因表達譜高度相似。全能性細胞（iPSC與ESC）之間全基因組的核小體占有也高度相似，但全能性細胞與小鼠胚胎成纖維細胞之間全基因組的核小體占有呈現顯著差別。轉錄起始位點(TSS)附近的核小體分布對基因的轉錄調控有重要作用。全能性細胞系在TSS附近的核小體分布高度相似無法區分。但表達基因與沉默基因TSS附近的核小體分布呈現截然不同的模式，對於激活的基因TSS附近有典型的-1、NDR（核小體缺失區）、+1、+2、+3等核小體分布，而沉默的基因沒有這種核小體分布，並且TSS被一個核小體占有而被禁止。這一模式在所有細胞系中一樣。此外，全能性因子（如Oct4, Sox2, Nanog等）、其它與全能性密切關聯的重要轉錄因子、絕緣子CTCF等不同類型的轉錄因子與核小體形成各自特異的空間關係，參與到重編程過程中全能性的維持。重編程前組織特異性表達的基因在誘導後的iPSC中表達沒有差異，核小體分布也是如此。在重編程所得的iPSC中不攜帶能反映其父代組織來源的殘留基因表達信息與核小體占有信息。這些結果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，維持全能性。該結果暗示核小體是否被精確重塑到與胚胎幹細胞的沒有差異可以作為潛在的檢驗iPS細胞質量的一個標準。為iPS細胞在再生醫學與臨床細胞替代療法提供理論依據。2.染色質重塑酶是影響核小體定位的一個重要因素。通過敲降編碼果蠅染色質重塑酶Brahma的Brm基因，探索核小體重排和染色質結構變化在胚胎正常和缺陷發育中的作用機制。結果表明，Brm基因敲降導致全基因組核小體占有程度的變化，並使一部分核小體發生了位置偏移或缺失/重建。尤其是基因5’端大量區域核小體串發生變化，影響這些區域上的基因表達，而這些基因在發育與形態發生上有重要功能。3. 研究人胚胎幹細胞向神經外胚層細胞分化中的核小體重塑、組蛋白修飾等的表觀遺傳調控機制。
