多能干細胞定向分化的表觀遺傳學(xué)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)(編輯修改稿)
2024-10-03 23:44 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 用。圖各課題間相互關(guān)系課題１、２將建立和優(yōu)化多能干細胞向三類組織細胞分化的培養(yǎng)體系（圖2）。課題１、２不僅為課題３、４提供分化的細胞模型去研究分化過程中的分子及表觀遺傳學(xué)調(diào)控，同時也有自己在機制研究上的側(cè)重點。課題３、４側(cè)重于利用系統(tǒng)生物學(xué)方法，為課題１、２的研究提供機制和提出生物學(xué)假設(shè)，使其在分子水平上得到驗證。并且，課題３、４的基因敲入和敲除的小鼠模型將與課題１、２的熒光報告基因小鼠雜交，從個體發(fā)育的角度研究表觀遺傳調(diào)控如何控制動物體內(nèi)組織器官的形成。并且, 課題３、４的研究內(nèi)容應(yīng)該是表觀遺傳調(diào)控路線中的上下游的關(guān)系。課題３主要集中表觀遺傳狀態(tài)是如何建立的，即在分化過程中細胞特有的調(diào)控因子和表觀遺傳酶的相互作用；而課題４主要集中在廣義的表觀遺傳調(diào)控機制，涉及到對表觀遺傳狀態(tài)的解讀，即表觀遺傳狀態(tài)如何調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄（轉(zhuǎn)錄組）。通過對課題３、４研究結(jié)果的整合，我們構(gòu)建出影響干細胞分化和細胞譜系命運的表觀遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。課題１、２研究的分化系統(tǒng)之間，也存在信號分子、RNA 結(jié)合蛋白、microRNA和表觀遺傳調(diào)控機制上的共同點。通過對不同分化系統(tǒng)的比較，我們才能更好地認識調(diào)控機制上的共通性和特異性。我們希望通過操控向不同譜系分化的共通的關(guān)鍵調(diào)控機制，來提高定向分化效率；通過操控不同譜系分化的特異性的關(guān)鍵調(diào)控機制，來控制定向分化方向。因此，這四個課題形成有機整體，對我們綜合認識干細胞在體內(nèi)、外及不同模式動物中的分化機制是缺一不可的。工作安排本課題承擔單位為清華大學(xué)和北京大學(xué)和中科院動物所。具體分工和經(jīng)費分配如下:課題1：多能干細胞向體細胞（包括神經(jīng)外胚層及心血管中胚層）分化模型及調(diào)控機制；負責人: 那潔, 副教授, 清華大學(xué)學(xué)術(shù)骨干: 沈沁，教授，清華大學(xué)張榮利，副教授, 北京大學(xué)預(yù)算經(jīng)費： 24%課題2：多能干細胞向生殖細胞分化模型及調(diào)控機制；負責人: 韓春生, 研究員, 中科院動物所學(xué)術(shù)骨干: 紀家葵，教授，清華大學(xué)預(yù)算經(jīng)費： 24%課題3：表觀遺傳學(xué)調(diào)控在干細胞定向分化中的作用；負責人: 沈曉驊, 教授, 清華大學(xué)學(xué)術(shù)骨干: 劉曉玲，高級工程師，清華大學(xué)夏永靜，副教授, 清華大學(xué)預(yù)算經(jīng)費： 25%課題4：轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控在干細胞定向分化中的作用。負責人: 湯富酬 , 教授, 北京大學(xué)學(xué)術(shù)骨干: 汪陽明，教授，北京大學(xué)劉曉穎，講師, 北京大學(xué)預(yù)算經(jīng)費： 27%那潔副教授和沈沁教授將分別負責多能干細胞向心血管和神經(jīng)分化方面的研究。兩實驗室將合作建立轉(zhuǎn)基因小鼠平臺，分離體內(nèi)發(fā)育的各階段，各類型心血管和神經(jīng)細胞。那潔副教授和張榮立副教授將合作在動物模型上驗證分化細胞的損傷修復(fù)功能。紀家葵實驗實驗室將集中精力于將人的ESCs分化為PGCs，而韓春生實驗室將集中力量獲得從多能性細胞來的SSCs。兩個研究組將合作建立從多能細胞到生殖細胞的更加高效安全的誘導(dǎo)方案和機理研究。沈曉驊教授致力于系統(tǒng)解析PRC2介導(dǎo)的表觀遺傳學(xué)調(diào)控在干細胞定向分化中的作用，負責多能干細胞系和knockin質(zhì)粒的構(gòu)建，及表觀調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。劉曉玲高級工程師負責建立和維持knockin小鼠，及建立轉(zhuǎn)基因小鼠平臺，包括擁有報告基因和雙標記基因敲入的小鼠模型或microRNA全敲除的小鼠模型。夏永靜副教授負責利用以上細胞和小鼠模型向心血管、神經(jīng)和生殖分化方面的研究。湯富酬教授負責解析人和小鼠胚胎干細胞定向分化過程中的轉(zhuǎn)錄組及表觀遺傳組，及對關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的功能和它們與表觀遺傳因子和網(wǎng)絡(luò)的相互調(diào)控。汪陽明教授負責研究人和小鼠胚胎干細胞定向分化過程中microRNA組學(xué)分析與其功能，及microRNA與表觀遺傳因子和網(wǎng)絡(luò)的相互調(diào)控。以上科研工作者在課題分屬的研究內(nèi)容中均在國內(nèi)外做出過突出的成績，實驗室均有良好的研究條件，包括硬件設(shè)施和軟件支撐，能夠保證課題的正常進行?？蒲谐晒纬烧撐膶⒐_發(fā)表在知名雜志，關(guān)鍵技術(shù)將申報專利。創(chuàng)新點與特色（１） 參加項目的各個課題組，近幾年來在干細胞研究方面積累了豐富的研究經(jīng)驗和前期工作基礎(chǔ)，在干細胞相關(guān)研究領(lǐng)域居國際領(lǐng)先地位。并且，本項目整合各實驗室的特長，組織了干細胞基因調(diào)控研究方面的專家，包括表觀遺傳學(xué)（沈曉驊）、表觀遺傳和基因組學(xué)（湯富酬）和非編碼RNA（汪陽明），與干細胞信號傳導(dǎo)（那潔）、神經(jīng)干細胞（沈沁）和生殖干細胞（紀家葵，韓春生）研究方面的專家。因此，我們是一支優(yōu)勢互補的團隊。重要的是，我們會做到真正的交流、合作、互補與共同發(fā)展。我們將建立一個包括人和小鼠多能干細胞在體內(nèi)、外向神經(jīng)、心血管和生殖細胞分化的相關(guān)數(shù)據(jù)庫。該庫包括以下幾個內(nèi)容：分化體系；全轉(zhuǎn)錄組，包括蛋白編碼基因、microRNA和長鏈ncRNA的表達圖譜。 表觀遺傳學(xué)圖譜，包括H3K27meH3K4me3等標記圖譜；蛋白關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，包括PRC2的關(guān)聯(lián)蛋白；蛋白 – RNA 的關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，包括PRC2的關(guān)聯(lián)ncRNA 。各組在自己的研究系統(tǒng)內(nèi)開展工作，不斷更新及共享數(shù)據(jù)庫，并探尋其它系統(tǒng)中與自己興趣相關(guān)的新的突破點。通過統(tǒng)一規(guī)劃，聯(lián)合攻關(guān)，與定期的學(xué)術(shù)交流（比如每月召開一次大組會議），各組之間可以在第一時間內(nèi)了解其它組的工作進展，從而避免了單槍匹馬的孤軍作戰(zhàn)，增強我們在國際競爭中的優(yōu)勢。（２）本項目以發(fā)育生物學(xué)基本原理為基礎(chǔ)，不僅從宏觀系統(tǒng)水平上動態(tài)認識分化過程中的以表觀遺傳學(xué)為中心的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，而且從分子水平上深入研究轉(zhuǎn)錄因子、表觀遺傳學(xué)酶機器、microRNA和長鏈ncRNA對多能干細胞定向分化的影響。從而了解細胞譜系在不同組織器官是如何被確立的，尋找影響定向分化的共同和特異機制，并著重于關(guān)鍵調(diào)控因子的鑒定。有的放矢地設(shè)計出提高分化效率和操控細胞命運的最佳方案。（３）我們已建立了一個非常成熟的用生物素和FLAG標記PRC2各核心組分的ESCs實驗手段。利用生物素（biotin）與鏈霉親和素（streptavidin）的高度特異性及極強的親和作用，結(jié)合高通量蛋白質(zhì)及DNA測序技術(shù)，我們有一個極好的實驗平臺去揭示在全基因組范圍內(nèi)所有與PRC2相互作用的蛋白、microRNA與長鏈ncRNA分子。并且，通過構(gòu)建基因敲入（knockin) 小鼠模型，將生物素－FLAG 雙標記通過同源重組整合到內(nèi)源編碼PRC2 組分的基因組位點上，為研究在動物體內(nèi)表觀遺傳機制對胚胎發(fā)育、
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