《iPS細胞端粒重編程及其穩定性維持的分子機制》是依託南開大學，由劉林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：iPS細胞端粒重編程及其穩定性維持的分子機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉林
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
胚胎乾(ES)細胞中端粒酶活性較高、端粒比成體細胞中長。端粒長度再生，對由成體細胞重編程而來的誘導多能幹（iPS）細胞在長期培養、穩定擴增和大規模套用於臨床非常重要。iPS細胞端粒長度存在不均一性和不穩定性，有的端粒長度與ES細胞相似，但也有些端粒較短。我們結果還表明，端粒長短明顯影響小鼠多能幹細胞（ES/iPS）基因組穩定性和發育多能性。但多能幹細胞維持端粒長度和基因組穩定性、及發育多能性的分子調控機制仍不清楚。本課題試圖詳細闡明多能幹細胞端粒長度調控的分子機制及其在維持基因組和表觀遺傳穩定性中的作用。設計了三個部分研究內容：(1)iPS細胞誘導過程中端粒延長及穩定性維持機制；(2)端粒在iPS/ES細胞體外長期傳代增殖中的作用及調控機制；(3)端粒長度與iPS細胞全基因組表觀遺傳重編程程度及多能性的關係。對ES/iPS細胞端粒調控機制的了解，也可能有助於認識衰老和腫瘤（幹細胞）。
結題摘要
端粒長度及穩定性維持對多能幹細胞長期培養和大規模擴增並套用於臨床非常重要。本項目旨在研究誘導多能幹細胞（iPS細胞）重編程過程和胚胎幹細胞（ES細胞）多能性維持中，端粒調控的分子機制及其在維持基因組和表觀遺傳穩定性中的作用。圍繞研究計畫，得到以下主要結果： （1） 在iPS細胞誘導過程中端粒延長及穩定性維持機制研究方面，我們發現：iPS細胞誘導過程中端粒延長，端粒酶基因的激活要早於內源性多能性基因的激活，端粒酶機制和端粒酶非依賴機制都在其中發揮作用。探討不同培養條件對iPS誘導效率的影響，發現KSR培養液可以提高iPS克隆形成的效率和質量。小鼠的卵巢顆粒細胞研究發現，其不表達LaminA，且僅用兩個轉錄因子，Oct4與Sox2，能夠將其誘導成為iPS細胞。 （2）端粒在iPS/ES細胞體外長期培養中的作用及調控機制研究方面，我們發現：Tbx3 通過激活ES細胞中的Zscan4+/2細胞的狀態，對ES細胞的端粒維持及自我更新起作用。亞端粒區組蛋白乙醯化修飾可以調控ES細胞端粒長度。對Tcstv1/3的功能研究發現，Tcstv1/3能夠延長ES細胞的端粒長度。 （3）端粒長度與iPS細胞全基因組表觀遺傳重編程及發育多能性的關係。通過全基因組基因表達譜分析，我們發現，Erk通路存在非Mek依賴性的作用途徑； Erk通路對於小鼠ES細胞的端粒長度和基因組穩定性的維持是不可或缺的。Rif1在ES中高表達，但功能不清楚。我們通過RNAi 實驗， 結合全基因組microarray和ChIP-seq分析，我們發現，Rif1通過維持亞端粒、端粒區H3K9me3的水平，防止Zscan4等2細胞胚胎基因異常激活，保持端粒長度的穩態。孤雌胚胎幹細胞端粒長度比正常的胚胎幹細胞長，通過全基因組microarray分析，我們發現，Zscan4等2細胞胚胎基因表達水平更高。通過基因組甲基化分析，我們發現，Tet酶通過調節DNA甲基化和羥甲基化水平維持端粒長度和基因組的穩定性。 本課題闡明了小鼠多能幹細胞中端粒相關基因、表觀遺傳調控因子、信號轉導，在端粒長度調控、多能幹細胞自我更新及多能性調節中的作用機制，對於建立高效、安全的iPS/ES細胞並最終套用於臨床治療提供了科學依據。
