【正文】 從事器官發(fā)生發(fā)育及再生領(lǐng)域的研究， 2020年至今在中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院工作，主要從事誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（ iPS）的誘導(dǎo)與分化機(jī)制、牙齒發(fā)生發(fā)育再生的研究。 3 具有有意義的預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 1） 已經(jīng)完成臍帶來(lái)源 iPS細(xì)胞和 H9胚胎干細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄本測(cè)序，通過(guò)比較分析發(fā)現(xiàn)一系 列差異基因，并發(fā)現(xiàn)這些差異基因很多可能與其組織來(lái)源相關(guān)。 同時(shí) iPS技術(shù)在應(yīng)用到臨床治療之 前，有四個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題需要解決：一是 iPS進(jìn)入機(jī)體會(huì)遭遇機(jī)體免疫系統(tǒng)對(duì)其的識(shí)別，即 iPS必然存在免疫原性的問(wèn)題（這也是以往被領(lǐng)域內(nèi)忽視而最近開(kāi)始有學(xué)者關(guān)注的問(wèn)題），該問(wèn)題會(huì)大大影響未來(lái)iPS臨床應(yīng)用的效果；第二個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是如何高效安全獲得 iPS細(xì)胞，現(xiàn)有的技術(shù)仍然是高效與安全無(wú)法同時(shí)達(dá)到；第三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是得到 iPS細(xì)胞后，如何實(shí)現(xiàn)向所需細(xì)胞的高效定向誘導(dǎo)分化；另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是疾病患者來(lái)源的 iPS在遺傳基因方面存在的缺陷，在 iPS重編程過(guò)程中仍然存在，如何有效修復(fù)這種缺陷，使將來(lái)應(yīng)用到體內(nèi)的 iPS來(lái)源的細(xì)胞為正常 細(xì)胞，這對(duì)于 iPS的應(yīng)用也極為關(guān)鍵。 雖然國(guó)內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)對(duì) iPS安全性的改進(jìn)一直在努力，但先有的非病毒誘導(dǎo)體系都存在效率非常低的問(wèn)題，我們將結(jié)合自身在機(jī)理研究中的發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化組合，建立安全高效的人 iPS誘導(dǎo)方法，并通過(guò)建立一個(gè)全新的造血報(bào)告系統(tǒng)，篩選建立高效的人 iPS向造血細(xì)胞分化平臺(tái)，為最終的臨床應(yīng)用提供基礎(chǔ)。 國(guó)內(nèi)外對(duì)基因修復(fù)的研究也非常廣泛，我們將結(jié)合自身在 SSO技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)，把 iPS細(xì)胞作為 SSO的修復(fù)對(duì)象，借助 iPS細(xì)胞誘導(dǎo)過(guò)程中開(kāi)放的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)等表觀遺傳學(xué)狀態(tài)的改變提高 SSO的修復(fù)效率，使 iPS細(xì)胞中點(diǎn)突變基因得到安全地修復(fù)，同時(shí)嘗試?yán)脟?guó)際上近 期報(bào)道較多的鋅指核酸酶技術(shù)首次建立 223。 在開(kāi)展不同來(lái)源 iPS表觀和轉(zhuǎn)錄水平全景比較分析的同時(shí)，我們的研究從免疫學(xué)的角度對(duì)重編程過(guò)程中的免疫原性問(wèn)題進(jìn)行探索并建立新的理論體系。 研究特色： 國(guó)內(nèi)外對(duì)于 iPS研究熱點(diǎn)領(lǐng)域主要有以下幾個(gè)方面：對(duì) iPS機(jī)理的研究，細(xì)胞是通過(guò)怎樣的過(guò)程，如何從成體細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)?iPS細(xì)胞，這其中有哪些關(guān)鍵問(wèn)題：對(duì)于 iPS技術(shù)改進(jìn)的研究，包括更高效，更安全的重編程技術(shù)：對(duì)于 iPS應(yīng)用的研究，主要是利用 iPS技術(shù)進(jìn)行疾病模型研究，為將來(lái)的臨床應(yīng)用提供基礎(chǔ)。地中海貧血疾病的 iPS臨床治療提供基礎(chǔ)。 3 通過(guò)對(duì) SSO單鏈寡核苷酸介導(dǎo)的基因修復(fù)技術(shù)的探索，及分別用 SSO修復(fù)和鋅指核酸酶技術(shù)建立 223。不同組織與疾病來(lái)源的 iPS細(xì)胞在重編程和再分化過(guò)程免疫原性全景分析不僅是實(shí)現(xiàn) iPS細(xì)胞移植安全進(jìn)入臨床治療階段所必須解決的重大科學(xué)問(wèn)題，也是目前國(guó)內(nèi)外研究尚未涉及的領(lǐng)域，該方面的研究具有重大的理論創(chuàng)新意義和臨床應(yīng)用價(jià)值。 技術(shù)路線： 研究創(chuàng)新性： 1 通過(guò)不同來(lái)源人 iPS表觀和轉(zhuǎn)錄水平的異同比較課題的開(kāi)展，將首次利用高通量的測(cè)序技術(shù)建立不同來(lái)源人 iPS的表觀和轉(zhuǎn)錄水平的全景數(shù)據(jù)庫(kù)，為整個(gè) iPS乃至干細(xì)胞領(lǐng)域的研究提供全面的數(shù)據(jù)參 考，同時(shí)根據(jù)比較分析發(fā)現(xiàn)的差異，尋找其產(chǎn)生和調(diào)控的機(jī)理，將可能為 iPS細(xì)胞的臨床應(yīng)用提供篩選標(biāo)準(zhǔn)。 三、研究方案 總體思路： 本研究將針對(duì)不同來(lái)源人 iPS細(xì)胞的異同這一中心問(wèn)題，通過(guò)全基因組甲基化測(cè)序，轉(zhuǎn)錄本測(cè)序，組蛋白分析等技術(shù)，建立其在表觀遺傳和轉(zhuǎn)錄水平的全景數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)分析比較，回答不同來(lái)源 iPS是否存在差異，這些差異與其來(lái)源組織是否有關(guān)系，并解釋其可能的機(jī)理與意義；并關(guān)注解決重編程過(guò)程中免疫原性變化這一一直以來(lái)都被忽視的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)整個(gè)重編程包括誘導(dǎo)和分化過(guò)程中免疫原性變化的分析，全面的闡釋這一問(wèn)題，并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行探索；同時(shí)嘗試解決疾病 iPS臨床應(yīng)用必須解決的突變基因定點(diǎn)修復(fù)問(wèn)題，通過(guò) SSO修復(fù)和鋅指核酸酶技術(shù)探索修復(fù) 223。 iPS重編程與免疫研究實(shí)驗(yàn)室，培養(yǎng)博士生 20人，碩士生 40人，建立一支優(yōu)秀學(xué)術(shù)人才隊(duì)伍。 SCI收錄論文 6080篇，力爭(zhēng)在 SCI影響因子 20分以上的雜志上發(fā)表論文 2篇。 iPS方法、基因修復(fù)及造血分化技術(shù)的建立，探索 223。 iPS存在免疫原性問(wèn)題，并對(duì)其進(jìn)行深入研究，為其臨床應(yīng)用提供參考。 五年預(yù)期目標(biāo) : iPS細(xì)胞不同來(lái)源間的差異研究，繪制出不同來(lái)源人 iPS表觀和轉(zhuǎn)錄水平全景圖，為更全面了解和認(rèn)識(shí) iPS細(xì)胞提供基礎(chǔ)。本項(xiàng)目的完成也可為我國(guó)生物高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展提供理論指導(dǎo)，并產(chǎn)生社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì) 效益。進(jìn)一步提升我國(guó)在干細(xì)胞理論研究在國(guó)際科學(xué)界的地位。 項(xiàng)目名稱(chēng)： 不同組織與疾病來(lái)源的 iPS 多能性差異及其調(diào)控的分子機(jī)制研究 首席科學(xué)家： Miguel Esteban 中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究 院 起止年限： 至 依托部門(mén)： 中國(guó)科學(xué)院 二、預(yù)期目標(biāo) 總體目標(biāo)： 基于對(duì) iPS更能差異性的認(rèn)識(shí)，研究其調(diào)控的分子機(jī)制，解決 iPS應(yīng)用前存在的關(guān)鍵科學(xué)難題，為 iPS的臨床應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)并提供新的技術(shù)方法。 總之，本項(xiàng)目的四 個(gè)課題的研究?jī)?nèi)容各有 側(cè)重 ，緊緊圍繞與干細(xì)胞定向分化與重編程過(guò)程的相關(guān)蛋白的結(jié)構(gòu)與功能這一核心問(wèn)題，設(shè)計(jì)了環(huán)環(huán)相扣的總體研究?jī)?nèi)容，研究工作相互有機(jī)銜接，蛋白功能與三維結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系， 既突出重點(diǎn)，又相互促進(jìn)。 課題 4 新的 表觀遺傳調(diào)控蛋白質(zhì)及相關(guān)復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)和基于結(jié)構(gòu)的小分子化合物的設(shè)計(jì)、篩選和優(yōu)化 1) 重點(diǎn)解析在課題 1 和 2 研究的基礎(chǔ)上新發(fā)現(xiàn)的重編程因子和特異調(diào)控胚胎干細(xì)胞向心肌細(xì)胞、肝細(xì)胞定向分化的表觀遺傳修飾酶（如我們新發(fā)現(xiàn)的 JMJD5及 PRC2 的新激活因子）及相關(guān)復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)；解析控制常染色質(zhì)和異染色質(zhì)相互轉(zhuǎn)換的調(diào)控蛋白 CHD1 及我們最近發(fā)現(xiàn)的 鏈接組蛋白 H1 與組蛋白H4N 端功能復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)；除此以外，我們還將解析其他幾個(gè)與干細(xì)胞分化和重編程相關(guān)的表觀遺傳調(diào)控蛋白及復(fù)合物（如 JMJD1A、 KAP RBP2與 PRC2 復(fù)合物）的三維結(jié)構(gòu)； 2) 基于課題 3 和課題 4 中的蛋白三維結(jié)構(gòu)信息，針對(duì)調(diào)控 H3K27 甲基化和 DNA甲基化的關(guān)鍵蛋白（如 AID 和 PRC2）設(shè)計(jì)小分子化合物、進(jìn)行篩選和優(yōu)化；針對(duì)參與定向分化的 H3K4 和 H3K9 甲基化調(diào)控蛋白設(shè)計(jì)小分子化合物、進(jìn)行篩選和優(yōu)化；針對(duì)調(diào)控 iPS 重編程的化合物如 VPA、 Vitamin C 的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化；驗(yàn)證小分子化合物在干細(xì)胞定向分化和細(xì)胞重編程中的功能。 本課題的研究結(jié)果將通過(guò)與課題１和２的研究組的全面合作在生化水平和細(xì)胞水平等進(jìn)行進(jìn)一步的功能驗(yàn)證以確定結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的可靠性，并通過(guò)系統(tǒng)集成，建立具有國(guó)際一流水平的表觀遺傳調(diào)控蛋白結(jié)構(gòu)信息平臺(tái)。開(kāi)展 SUZ12 與 JARID2 肽段的復(fù)合物研究，探討其 JARID2 對(duì) PRC2 的調(diào)控作用，并以此為基礎(chǔ)，與課題 4 合作 ，共同開(kāi)展相關(guān)小分子藥物抑制劑的篩選與開(kāi)發(fā)； 4) 研究 DNA 主動(dòng)去甲基化的機(jī)制及相關(guān)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)；研究 AID、 TET1 與甲基化 DNA 底物復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，研究其識(shí)別甲基化 DNA，并完成脫氨反應(yīng)的機(jī)制。具體包括： 1) 重 點(diǎn)研究 SET1復(fù)合物催化 H3K4三甲基化及其功能調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。 該課題不僅有助于弄清表觀遺傳因子在胚胎干細(xì)胞定向分化和重編程中發(fā)揮功能的機(jī)制，也將為以下課題中涉及的三維結(jié)構(gòu)解析和小分子化合物的設(shè)計(jì)提供重要的信息和研究基礎(chǔ)。 這些工作將為建立胚胎干細(xì)胞向 心肌細(xì)胞和肝細(xì)胞高效定向分化的技術(shù)體系、誘導(dǎo) iPS 細(xì)胞的有效體系，以及 為以下課題中涉及的功能機(jī)制研究和三維結(jié)構(gòu)解析等工作需要的新蛋白及復(fù)合物靶標(biāo)提供研究基礎(chǔ)。這四個(gè)課題互為關(guān)聯(lián)， 將 參與干細(xì)胞定向分化和重編程的重要表觀遺傳蛋白質(zhì)及相關(guān)復(fù)合物的篩選、三維結(jié)構(gòu)解析、功能驗(yàn)證、功能發(fā)揮的機(jī)制及設(shè)計(jì)與篩選控制定向分化和重編程的小分子化合物的工作有機(jī)地 結(jié)合起來(lái)。 一、研究?jī)?nèi)容 主要研究?jī)?nèi)容 以干細(xì)胞定向分化和重編程涉及的重要表觀遺傳調(diào)控蛋白為核心，開(kāi)展從蛋白功能 到 三維結(jié)構(gòu)到小分子化合物 的研究 。 6） 申請(qǐng)相關(guān)專(zhuān)利： 3項(xiàng)。 完成組蛋白甲基化繼承性機(jī)制研究； 3） 與課題組 1， 2合作，繼續(xù)深化新發(fā)現(xiàn)的重要表觀遺傳蛋白及其復(fù)合物的結(jié)構(gòu)研究和相關(guān)功能研究工作；與課題組 4合作，繼續(xù)從晶體結(jié)構(gòu)角度對(duì)研發(fā)出的小分子化合物進(jìn)行蛋白復(fù)合物結(jié)構(gòu)測(cè)定與分析；繼續(xù)對(duì)未獲突破的重要表觀遺傳復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)測(cè)定開(kāi)展攻關(guān)研究；完成三維結(jié)構(gòu)解析研究， 建立表觀遺傳調(diào)控蛋白及復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)信息平臺(tái)； 4） 化學(xué)合成出新一代結(jié)構(gòu)小分子并開(kāi)展篩選工作，研究并確定其功能；將已知的活性小分子化合物作為分子探針，開(kāi)展化學(xué)生物學(xué)工作來(lái)探明在iPS 的重編程及定向分化過(guò)程中起重1） 篩選出一套或兩套高效誘導(dǎo)胚胎干細(xì)胞向心肌細(xì)胞和肝細(xì)胞分化的技術(shù)體系；篩選出數(shù)個(gè)高效誘導(dǎo)胚胎干細(xì)胞向心肌細(xì)胞和肝細(xì)胞分化和調(diào)控重編程的組蛋白去甲基化酶；確定重編程的關(guān)鍵蛋白 , 篩選出 12 個(gè)調(diào)控 iPS形成能的新蛋白；通過(guò)動(dòng)物水平實(shí)驗(yàn)，提高 ARC干細(xì)胞 治療 先天性心臟病、心臟瓣膜疾病 的療效； 2） 完成染色質(zhì)高級(jí) 結(jié)構(gòu)和核小體組裝蛋白及復(fù)合物在干細(xì)胞分化中功能的研究； 3） 完成項(xiàng)目計(jì)劃中的表觀遺傳調(diào)控因子及復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)的解析研究；建立一個(gè)表觀遺傳調(diào)控蛋白及復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)信息平臺(tái)； 4） 篩選出數(shù)個(gè)高效誘導(dǎo)胚胎干細(xì)胞向心肌細(xì)胞和肝細(xì)胞分化和重編程的小分子化合物。 第 五 年 1） 完善胚胎干細(xì)胞向心肌細(xì)胞和肝細(xì)胞高效分化的綜合技術(shù)體系；綜合分析干細(xì)胞定向分化、細(xì)胞重編程的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制；應(yīng)用動(dòng)物疾病模型鑒定分化細(xì)胞的功 能和安全評(píng)估；建立先天性心臟病、心臟瓣膜疾病模型 ，研究 ARC干細(xì)胞 對(duì)二者的治療效果。 5） 發(fā)表論文： IF 的論文 5篇，爭(zhēng)取 IF10的論文２ 3篇（ 1篇為 CNS 文章）。 表達(dá)突變體，通過(guò)點(diǎn)突變和片段突變的方法，用質(zhì)譜研究突變體對(duì) 調(diào)控蛋白的 活性 ；在得到初步的生物活性篩選結(jié)果后，開(kāi)展進(jìn)一步的小分子化合物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和合成工作；利用合成的活性小分子探針，深入開(kāi)展化學(xué)生物學(xué)工作來(lái)探明在 iPS的重編程及定向分化過(guò)程中起重要作用的蛋白。 基于小分子化合物的篩選結(jié)果進(jìn)行下一輪的化學(xué)結(jié)構(gòu)修飾和優(yōu)化工作 。爭(zhēng)取獲得 1～ 2個(gè)重要表觀遺傳因子的高元復(fù)合物結(jié)構(gòu)。 深入研究新篩選的表觀遺傳調(diào)控因子在干細(xì)胞定向分化中的發(fā)揮功能的機(jī)制、包括其調(diào)控的基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)和在染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換中的機(jī)制等；完成 ；完成組蛋白修飾的繼承性模式研究，繼續(xù)以生物化學(xué)手段研究繼承性相關(guān)酶的工作機(jī)理； 3） 對(duì)新獲得的參與定向分化和重編程的重要表觀遺傳調(diào)控因子及其復(fù)合物深入開(kāi)展三維結(jié)構(gòu)解析工作；對(duì)未獲突破的重要表觀遺傳復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)測(cè)定開(kāi)展攻關(guān)研究；與課題組 4合作，開(kāi)展小分子化合物與表觀遺傳蛋白因子的復(fù)合物結(jié)構(gòu)測(cè)定，從晶體結(jié)構(gòu)角1） 確定組蛋白去甲基化酶和 miRNA 影響胚胎干細(xì)胞向心肌細(xì)胞和肝細(xì)胞分化的靶基因；明確組蛋白去甲基化酶和 miRNA影響干細(xì)胞分化的表觀遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和作用機(jī)制；初步進(jìn)入動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)及評(píng)估階段；明確 13種與重 編程相關(guān)的蛋白的功能機(jī)制 ,深入分析相關(guān)蛋白在 iPS 形成中的功能；通過(guò)大型動(dòng)物水平安全性評(píng)估實(shí)驗(yàn)后，有望進(jìn)一步在臨床上建立患者個(gè)人 ARC干細(xì)胞 庫(kù)，可迅速及時(shí)用于治療心肌梗死疾??； 2） 繼續(xù)完善染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換在干細(xì)胞分化和重編程中調(diào)控的研究；完成 研究；完成組蛋白修飾的繼承性模式研究，繼續(xù)以生物化學(xué)手段研究繼承性相關(guān)酶的工作機(jī)理； 3） 得到 3～ 5個(gè)蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)復(fù)合體的結(jié)構(gòu)。 對(duì)動(dòng)物疾病模型中注射的 ARC干細(xì)胞進(jìn)行安全性評(píng)估 后 ， 可以建立個(gè)人 ARC干細(xì)胞 庫(kù)，為臨床治療心肌梗死疾病提供有力治療手段。利用小分子化合物探針探尋參與 iPS誘導(dǎo)及分化過(guò)程中重要靶標(biāo)蛋白；合成出一系列基于目標(biāo)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的小分子底物并進(jìn)行篩選； 5） 發(fā)表論文： IF 的論文 5篇，其中IF10的論文 2篇（ 1篇為 CNS 文章）； 6） 申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利：１ 2項(xiàng)。并開(kāi)展功能研究； 4） 得到 13個(gè)表觀遺傳修飾酶和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換蛋白復(fù)合物結(jié)構(gòu)。 1） 明確調(diào)控胚胎干細(xì)胞向心肌細(xì)胞和肝細(xì)胞分化的特定組蛋白去甲基化酶和miRNA，并闡明其在定向分化中的功能；研究 13種與重編程相關(guān)的蛋白的功能，檢測(cè)相關(guān)蛋白在 iPS形成中的潛力；在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)水平，通過(guò) ARC干細(xì)胞 的體內(nèi)安全性評(píng)估，有望進(jìn)一步在臨床上建立 ARC干細(xì)胞 庫(kù)，可以及時(shí)用于治療心肌梗死疾??； 2） 進(jìn)一步明確異染色質(zhì)向常染色質(zhì)轉(zhuǎn)換過(guò)程中重要表觀遺傳調(diào)控蛋白的功能；全面完成 PRC2和 理；繼續(xù)組蛋白甲基化繼承性機(jī)理研究； 3） 得到 3～ 5個(gè)重要蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)復(fù)合體的結(jié)構(gòu)。 第