【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(xì)胞向三類組織細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞分化和細(xì)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(rèn)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(rèn)識干細(xì)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(dān)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(xì)胞向體細(xì)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(fù)責(zé)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(xì)胞向生殖細(xì)胞分化模型及調(diào)控機制；負(fù)責(zé)人: 韓春生, 研究員, 中科院動物所學(xué)術(shù)骨干: 紀(jì)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(xì)胞定向分化中的作用；負(fù)責(zé)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(xì)胞定向分化中的作用。負(fù)責(zé)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(fù)責(zé)多能干細(xì)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(xì)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(xì)胞的損傷修復(fù)功能。紀(jì)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(xì)胞來的SSCs。兩個研究組將合作建立從多能細(xì)胞到生殖細(xì)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(xì)胞定向分化中的作用，負(fù)責(zé)多能干細(xì)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(fù)責(zé)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(biāo)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(fù)責(zé)利用以上細(xì)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(fù)責(zé)解析人和小鼠胚胎干細(xì)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(fù)責(zé)研究人和小鼠胚胎干細(xì)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(jìn)行。科研成果形成論文將公開發(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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞信號傳導(dǎo)（那潔）、神經(jīng)干細(xì)胞（沈沁）和生殖干細(xì)胞（紀(jì)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(tuán)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(xì)胞在體內(nèi)、外向神經(jīng)、心血管和生殖細(xì)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(dá)圖譜。 表觀遺傳學(xué)圖譜，包括H3K27meH3K4me3等標(biāo)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(jìn)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(rèn)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(xì)胞定向分化的影響。從而了解細(xì)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(xì)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(biāo)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(biāo)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、