小鼠孤雌胚胎及孤雌胚胎干细胞中印记基因的表达

小鼠孤雌胚胎体内发育最多不能超过10.5d,发育失败的主要原因是胚外组织发育缺陷和印记基因表达的异常。随着小鼠孤雌二倍体和单倍体胚胎干细胞的建系成功,不仅能作为研究印记基因的理想模型,还能够作为种子细胞应用于细胞治疗,拓宽了小鼠孤雌生殖的研究领域和再生医学应用范围。孤雌胚胎聚合作为一种简便易行的技术手段,能够显著提高孤雌胚胎干细胞的建系效率,还能促使异质胚胎间的印记基因相互补偿从而更加趋近于正常受精的胚胎干细胞。我们在文中主要阐释了小鼠孤雌胚胎、孤雌聚合胚胎、孤雌二倍体胚胎干细胞、孤雌单倍体胚胎、孤雌聚合胚胎干细胞中印记基因的表达。     

人包皮成纤维细胞来源的多能性干细胞的建立

目的 探讨人包皮成纤维细胞重编程为诱导多能性干细胞(iPSCs)的方法.方法 利用反转录病毒携带绿色荧光蛋白(GFP)作为指示,转导到人包皮成纤维细胞中,确定最佳的病毒感染剂量,应用经典的Yamanaka方法,联合小分子物质组蛋白去乙酰化酶抑制剂丙戊酸盐( VPA)诱导人包皮成纤维细胞为多能性干细胞.通过碱性磷酸酶(AKP)染色及免疫荧光细胞化学方法,检测人胚胎干细胞多能性标记物在所建立的诱导多能性干细胞(iPSCs)中的表达,RT-PCR检测拟胚体(EB)三胚层特异基因的表达.结果 以GFP作为指示,建立了高效的反转录病毒感染体系,将人包皮成纤维细胞重编程为iPSCs;所建立的iPSCsAKP染色阳性,表达人胚胎干细胞多能性标记物OCT4、TRA-1-60和TRA-1-81,体外诱导分化后具有三胚层特异基因的表达;小分子物质VPA的添加并未显著提高重编程效率.结论 在GFP所指示的最佳病毒感染剂量下,联合小分子物质VPA成功建立了人包皮成纤维细胞来源的iPSCs.     

诱导性多能干细胞的研究进展

诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPS)是通过基因转染技术(gene transfection)将某些转录因子导入动物或人的体细胞, 使体细胞直接重构成为胚胎干细胞(embryonic stem cell, ES)细胞样的多潜能细胞.iPS细胞不仅在细胞形态、生长特性、干细胞标志物表达等方面与ES细胞非常相似, 而且在DNA甲基化方式、基因表达谱、染色质状态、形成嵌合体动物等方面也与ES细胞几乎完全相同.     

成体干细胞诱导多能干细胞的研究进展

通过存在于卵母细胞中的一些未确定的因子,以成年细胞对动物进行克隆证实成年细胞能被重编程为胚胎干细胞(ESCs).近年来,某些转录因子被发现具有诱导体细胞且有多潜能性的特性,从而可以在不使用卵母细胞的情况下获得性能上与胚胎干细胞大体一致的诱导多能干细胞(iPS).iPS细胞为细胞多能性机制的研究、特定疾病模型的建立以及在...     

小鼠来源诱导多能干细胞定向分化为神经元的体外实验研究*

 目的： 探讨源于小鼠的诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs）体外定向分化为神经元的方法,为大量稳定地获得神经元及提供种子细胞治疗脊髓损伤奠定体外实验基础。方法: 源于小鼠的iPSCs在不同的诱导培养基中经悬浮、贴壁、再悬浮和再贴壁培养。免疫荧光检测iPSCs多能性标志物、神经干细胞及其分化细胞标志物的表达。RT-PCR检测神经元及胶质细胞基因表达并行神经元基因测序鉴定,流式细胞术检测iPSCs定向分化为神经干细胞及进一步分化为神经元的比例。结果: 源于小鼠的iPSCs表达干细胞多能性标志物Sox2、Oct4和SSEA1。悬浮培养可以形成类球形拟胚体;经诱导及机械分离后的细胞可形成神经球,神经球经诱导后可分化为神经元。免疫荧光显示iPSCs可诱导出表达nestin的神经球,贴壁培养的神经球可分化为分别表达微管相关蛋白2（MAP-2）、胶质细胞原纤维酸性蛋白（GFAP）及髓磷脂碱性蛋白(MBP)的神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。RT-PCR及基因鉴定结果显示形成小鼠神经元;流式细胞术检测结果显示分化细胞中神经干细胞和神经元的比例分别为63.93%±1.47%和21.40%±1.70%。结论: 源于小鼠的诱导多能干细胞能够稳定地在体外定向分化为神经元,为脊髓损伤的治疗提供了一个可靠的细胞来源。     

诱导人孤雌胚胎干细胞分化为胰岛样细胞团

背景:随着人类孤雌胚胎干细胞系的成功建立,对该细胞的进一步分化功能研究成为新的研究热点。目的:研究体外培养的人类孤雌胚胎干细胞诱导分化为胰岛样细胞团的潜能。方法:自主建系孤雌来源人胚胎干细胞和正常来源人胚胎干细胞各1株,运用基于胰腺体内发育规律的改良5阶段诱导法诱导人孤雌胚胎干细胞为胰岛样细胞团,加入不同生长因子及诱导试剂对人胚胎干细胞分5阶段序贯培养。结果与结论:终末分化细胞光镜下呈团状聚集,RT-PCR、免疫荧光染色检测分化细胞表达胰岛细胞特征性的基因与蛋白。胰岛素释放实验提示获得的细胞具有胰岛样生化功能。由人类孤雌胚胎干细胞来源的胰岛样细胞团具备胰岛的基本特征,是未来治疗1型糖尿病的可用材料。     

不同氧体积分数对人胚胎干细胞基因表达谱的影响

背景：低氧培养人胚胎干细胞的相关研究主要集中在干细胞多能性的维持及分化方面,而低氧对人胚胎干细胞基因表达水平的影响研究甚少。 目的：观察不同氧体积分数对人胚胎干细胞基因表达谱的影响。 方法：分别在低氧(体积分数5%O2)和常氧(体积分数21%O2)的条件下持续培养FY-hES-7细胞,收集晚期(第52代)细胞,运用全基因组表达谱芯片技术检测不同氧体积分数组FY-hES-7细胞的基因表达谱,并进行差异基因的功能富集分析及通路分析。 结果与结论：与常氧组相比,低氧组表达上调(>2倍)的基因1 840个,表达下调(>2倍)的基因1 676个。利用基因本体分析发现低氧组表达上调基因与细胞表面受体信号转导、免疫反应、离子转运、生物代谢及细胞活动等功能相关,而表达下调基因则与转录调控,依赖DNA的转录调控、神经分化、细胞形态、胚胎形态、胚胎器官及各系统发育等功能相关。通路分析发现低氧组表达上调的基因与细胞因子受体的相互作用、免疫反应以及造血系统等通路的改变相关,而表达下调的基因则多与胚胎发育及肿瘤通路改变相关。不同氧体积分数下长期培养的人胚胎干细胞基因表达谱存在明显的差异,低氧组出现差异表达基因的功能分析表明低氧有助于人胚胎干细胞的自我更新,防止分化及降低成瘤性。     

制备诱导多能干细胞的分子系统

诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)在形态学特征、表面抗原、基因表达模式及表观遗传状态等方面与胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)类似[1-4],注射裸鼠后也同样可以在体内形成含有3个胚层的畸胎瘤[1,4],甚至能像ESCs一样通过四倍体补偿技术获得具有生殖能力的活体小鼠[5-6].在实际应用中,iPSCs可避免ESCs的诸多弊端,如伦理问题、胚胎来源的选择、安全性问题等,因此,越来越多的文献报道了iPSCs在再生医学、疾病模型的建立、细胞及基因治疗、药物的发现与评价等方面的研究和应用[7-10].     

质粒重编程诱导多潜能干细胞及定向分化神经干细胞

目的 　探讨游离质粒载体重编程诱导小鼠胚胎成纤维细胞(mouse embryonic fibroblasts, MEFs)为非整合型诱导多潜能干细胞,并在体外定向分化为神经干细胞(neural stem cells, NSCs), 为神经干细胞移植治疗神经损伤提供稳定、安全的细胞来源。 方法　使用电转仪将质粒pEP4-EO2S-ET2K转入小鼠MEFs, 经诱导培养重编程为诱导多潜能干细胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs), iPSCs在不同诱导培养基中经2次悬浮及贴壁培养分化为NSCs,在体内及体外实验鉴定iPSCs多向分化潜能特性及NSCs特性。 结果　体内外实验显示iPSCs具有与胚胎干细胞(embryonic stem cells, ESCs)相似的多向分化潜能, 且不整合外源性基因。iPSCs进一步分化的NSCs其相关标志基因表达与野生型NSCs相近,且较iPSCs显著增加,免疫荧光显示NSCs高表达NSC标志物 NESTIN及PAX6,在体外存活能分化为神经元、少突胶质细胞及星形胶质细胞。 结论　游离质粒能重编程诱导非整合型iPSCs, 并定向分化为神经干细胞及神经元, 是神经损伤修复的理想种子细胞。     

无血清单层细胞诱导法培养猪诱导多能性干细胞定向分化为血管内皮细胞

背景:诱导多能性干细胞是一种新型的干细胞来源,具有多向分化潜能。猪作为人类心血管及代谢性疾病研究的良好模型,对其多能性细胞向血管内皮细胞定向分化体系的建立,将为创建心血管疾病模型提供保障。目的:建立一种无血清单层诱导分化方法,使猪诱导多能性干细胞定向分化为CD31阳性血管内皮细胞,并对获得的内皮细胞进行鉴定。方法:使用CHIR99021、骨形态发生蛋白4、碱性成纤维生长因子、血管内皮生长因子等对猪诱导多能性干细胞和人胚胎干细胞进行单层细胞诱导分化,使干细胞经历3个分化阶段最终成为血管内皮细胞,检测并比较分化过程中2种干细胞的胚层标记基因的表达,对流式分选后获得的血管内皮细胞进行鉴定。结果与结论:①通过无血清单层细胞诱导法从猪诱导多能性干细胞定向诱导分化获得的内皮细胞具有与猪永生化主动脉血管内皮细胞类似的基因表达模式及生物学功能——能够吸收低密度脂蛋白并在Matrigel上形成微血管样结构;②该诱导体系下,猪诱导多能性干细胞的分化效率高于人胚胎干细胞的分化效率,这可能与诱导过程中2种细胞谱系基因表达模式上的差异相关。     

Generation of retinal cells from mouse and human induced pluripotent stem cells

We previously reported a technique for generating retinal pigment epithelia (RPE) and putative photoreceptors from embryonic stem (ES) cells. Here we tested whether our procedure can promote retinal differentiation of mouse and human induced pluripotent stem cells (iPSCs). Treating iPSCs with Wnt and Nodal antagonists in suspension culture induced expression of markers of retinal progenitor cells and generated RPE cells. Subsequently, treatment with retinoic acid and taurine generated cells positive for photoreceptor markers in all but one human cell lines. We propose that iPSCs can be induced to differentiate into retinal cells which have a possibility to be used as patient-specific donor cells for transplantation therapies.     

促红细胞生成素对小鼠诱导多能干细胞源性神经干细胞向功能性神经元样细胞分化的影响

目的:探讨促红细胞生成素体外对小鼠诱导多能干细胞(iPSCs)来源的神经干细胞神经分化的影响。方法:神经干细胞培养基培养诱导iPSCs分化为神经干细胞,设4个浓度加入含促红细胞生成素的培养基,免疫细胞化学荧光鉴定神经元标志物微管相关蛋白2(MAP-2)、神经干细胞标志物巢蛋白的表达。FM 1-43染色技术观察FM 1-43染色颗粒消失的情况。结果:iPSCs在条件培养液的诱导下形成神经干细胞克隆,15 U/ml促红细胞生成素处理后神经干细胞克隆球向神经元方向分化,呈MAP-2阳性细胞。新分化的神经元有大量FM 1-43绿色阳性颗粒。结论:iPSCs体外诱导可获得神经干细胞,促红细胞生成素浓度为15 U/ml时可促进iPSCs源性神经干细胞向功能性的神经元方向分化。     

以4种基因诱导产前诊断绒毛细胞建立诱导性多能干细胞

背景：诱导性多能干细胞因具有多能性特征,可以诱导分化为特定的细胞,包括神经细胞、造血细胞等。 目的：建立产前诊断绒毛细胞来源的诱导性多能干细胞。 方法：运用反转录病毒介导4种基因hOct4、hSox2、hc-Myc、hKlf4诱导产前诊断绒毛细胞,对建立的诱导性多能干细胞进行多能性、体内外分化能力、核型等鉴定。 结果与结论：建立的诱导性多能干细胞能维持自我更新状态,在蛋白和mRNA水平上高表达全能性的标志基因,具有体内、外分化潜能;在体外长期培养能维持正常核型。说明4种全能性基因转入绒毛细胞可获得具有多能性的诱导性多能干细胞,这为胎儿的细胞自体移植治疗提供理想来源,为产前诊断疾病机制研究提供很好的细胞模型。     

Generation of induced pluripotent stem cells without genetic defects by small molecules

The generation of induced pluripotent stem cells (iPSCs) often causes genetic and epigenetic defects, which may limit their clinical applications. Here, we show that reprogramming in the presence of small molecules preserved the genomic stability of iPSCs by inhibiting DNA double-strand breaks (DSBs) and activating Zscan4 gene. Surprisingly, the small molecules protected normal karyotype by facilitating repair of the DSBs that occurred during the early reprogramming process and long-term culture of iPSCs. The stemness and cell growth of iPSCs(+) were normally sustained with high expression of pluripotency genes compared that of iPSCs(−). Moreover, small molecules maintained the differentiation potential of iPSCs(+) for the three germ layers, whereas it was lost in iPSCs(−). Our results demonstrate that the defined small molecules are potent factors for generation of high quality iPSCs with preservation of genomic integrity by facilitating the reprogramming process.     

Status of genomic imprinting in epigenetically distinct pluripotent stem cells

Mouse epiblast stem cells (EpiSCs) derived from postimplantation embryos are developmentally and functionally different from embryonic stem cells (ESCs) generated from blastocysts. EpiSCs require Activin A and FGF2 signaling for self-renewal, similar to human ESCs (hESCs), while mouse ESCs require LIF and BMP4. Unlike ESCs, EpiSCs have undergone X-inactivation, similar to the tendency of hESCs. The shared self-renewal and X-inactivation properties of EpiSCs and hESCs suggest that they have an epigenetic state distinct from ESCs. This hypothesis predicts that EpiSCs would have monoallelic expression of most imprinted genes, like that observed in hESCs. Here, we confirm this prediction. By contrast, we find that mouse induced pluripotent stem cells (iPSCs) tend to lose imprinting similar to mouse ESCs. These findings reveal that iPSCs have an epigenetic status associated with their pluripotent state rather than their developmental origin. Our results also reinforce the view that hESCs and EpiSCs are in vitro counterparts, sharing an epigenetic status distinct from ESCs and iPSCs.     

血液细胞重编程为诱导性多能干细胞的研究进展

诱导性多能干细胞（iPSCs)技术能够将已分化的体细胞反转为多能细胞,因其不存在伦理、排斥等问题,在再生医学领域具有广阔的应用前景。尽管已经建立了来源于多种体细胞的诱导性多能干细胞,但是能实际应用于临床、取材便利、诱导安全的供体来源仍然具有局限性。我们从血液细胞作为供体细胞进行重编程的特点、优势及应用等方面进行了综述。