胚胎干细胞多潜能性维持的分子机制

分离于着床前胚胎内细胞团的胚胎干细胞是多潜能性细胞, 在胚泡注射后能产生3个胚层的所有细胞和组织类型. 在合适的培养条件下, 胚胎干细胞保持其多潜能性, 即维持其多向发育潜能及在不分化状态下的对称性细胞分裂能力. 胚胎干细胞的多潜能性是其得以广泛应用的基础. 胚胎干细胞可作为基因敲除或转基因动物的供体细胞、哺乳动物发育的体外模型和再生医学中进行细胞治疗的细胞库. 要实现这些目的, 必须建立化学成分明确的培养体系并在体外长期培养过程中保持胚胎干细胞的多潜能性, 同时应能够对其进行定向诱导分化. 因此, 理解和阐明胚胎干细胞多潜能性维持的分子机制是首要前提. 本文概述了该方面研究的最新进展, 包括LIF/STAT3, BMPs/Smads, canonical Wnt, TGFβ/activin/nodal, PI3K和FGF等信号通路以及oct4, nanog等多潜能性维持相关基因, 并对小鼠和人ES细胞多潜能性维持系统的调控机制及其差异进行了探讨. 进一步阐明这些信号通路和基因之间的相互作用以及胚胎干细胞多潜能性维持系统的调控机制将是未来胚胎干细胞研究领域的主要目标.     

科学之窗

英国《自然遗传学》杂志胚胎干细胞的危机最近科学家发现:培养在实验室的胚胎干细胞可能将会导致一连串的与癌症有关的病变。这一发现引发了人们的质疑:如果无法保持这些干细胞的鲜活度,以及在使用前对可能出现的突变作一个彻底的检查,这些干细胞还能用到医疗上吗?众所周知,干细胞在未来可用来培养各种类型的细胞,用于制造或替换被疾病破坏的细胞及器官。但是,该研究报告称,目前大部分的胚胎干细胞培养腺,已经被实验室器皿中作为生长介子的动物细胞污染了。假如这些受到外来蛋白质污染的细胞移植到病人体内,将很可能引发可怕的免疫反应。更…     

2-细胞小鼠胚胎电融合后的体外发育

细胞融合是研究细胞调节机理和多倍体对发育作用的技术。研究多倍体胚胎常用的手段是采用灭活的仙苔病毒(ISV)融合法、聚乙二醇(PEG)诱导融合法、细胞松弛素B(CB)介导法和电融合(EF)法。国外学者采用这4种方法均获得小鼠、大鼠和兔融合胚胎,分别研究了融合胚胎在体内或体外的发育。目前国内对小鼠多倍体胚胎研究的报道很少。黄少华等报道的小鼠电融合胚胎在体外培养时分裂率很低,未能从核型证明融合胚胎为四倍体,因为只有个别分裂胚胎在体外发育到8-细胞阶段。本实验采用电融合法研究2-细胞小鼠胚胎融合后的体外分裂及发育,并利用细胞遗传学方法分析融合后胚胎体外发育而成的附植前胚胎的染色体分裂相和分裂球数目,证明胚胎的多倍性及分裂率;通过与正常1-细胞和2-细胞小鼠胚胎体外发育结果进行比较,揭示电融合胚胎在体外分裂与发育的规律,为进一步研究多倍体胚胎发育机制提供参考。     

胚胎干细胞的研究与利用

小鼠胚胎干细胞（ｅｍｂｒｙｏｎｉｃ ｓｔｅｍ ｃｅｌｌ，ＥＳ ｃｅｌｌ）由小鼠囊胚期内细胞团（ｉｎｎｅｒ ｃｅｌｌ ｍａｓｓ）分离得到，具有在体外保持不分我限增殖能力；在胎鼠或成鼠体内胚胎干细胞可以分化形成各种细胞类型；在合适的增减条件下，胚胎干细胞可以定向诱经形成多种细胞类型。人们利用胚胎干细胞建立了多种细胞、组织的体外分化模型，发现并确定了一系列新的生物海性因子，并用于研究哺乳动物早期发育中细     

自然信息

精子细胞有望替代胚胎干细胞迄今为止,已有3个国家的科学家宣布,成功地从成体小鼠的睾丸中提取到带有胚胎干细胞特性的细胞。最早是日本京都大学的一位小鼠胚胎干细胞专家T.希诺哈拉(T.Shinohara)于2004年宣布,从小鼠睾丸内分离出了可重新进入程序化的细胞。其次是美国加利福尼亚州,Pri meGen生物技术公司的副总经理弗朗西斯科·席尔瓦(Francisco Sil-va),在一次科学会议上透露,在对22个小鼠睾丸样品的研究中,得到了可重新进入程序化的胚胎样细胞。他同时声明,将很快公布实验成果。在2006年3月4日出版的《自然》上,德国乔治·奥古斯特大…     

以胚胎干细胞为核供体能促进异种重构胚的体外发育

体细胞在异种成熟的去核卵母细胞中能够去分化和重编程,并能发育到囊胚,甚至能全程发育正常出生。为了评价胚胎干细胞作为供核细胞在异种动物克隆中的意义,以小鼠胚胎干细胞（ES）为核供体,兔成熟的去核卵母细胞为受体构建异种重构胚,分析其在体外的发育能力,并以小鼠胚胎成纤维细胞和成年小鼠外耳皮肤的成纤维细胞为对照。通过核移植的方法分别把3种细胞移入成熟的兔去核卵母细胞透明带下,经电融合和激活后,在体外培养,胚胎干细胞作为供核细胞所构建的异种重构胚在体外发育到囊胚的比例为16.1％,明显高于用成年小鼠外耳皮肤成纤维细胞（0％～3.1％,P<0.05）和小鼠胚胎成纤维细胞（2.1％～3.7％,P<0.05）所构建的异种重构胚的体外囊胚发育率.重构囊胚细胞经染色体分析,证实其染色体来源于小鼠胚胎干细胞。以上结果显示,用胚胎干细胞作为供核细胞,比体细胞作为供核细胞所构建的异种重构胚更容易进行重编程,并且胚胎干细胞指导异种克隆胚胎正常发育的能力强于体细胞。     

胚胎干细胞及其在神经系统疾病中的应用

胚胎干细胞是由桑椹胚、内细胞团或原始生殖细胞经体外抑制分化培养后分离筛选出的具有发育全能（或多能）性的细胞。它可在体外无限增殖，并且经诱导后可定向分化为多种细胞类型。因此它可作为细胞替代疗法中的种子细胞来源，为许多疑难疾患的治疗提供崭新的思路和良好的前景。近年来，随着社会的老龄化，神经系统退化性疾病在人类疾病谱中占越来重要的地位，将胚胎干细胞用于此类疾病的治疗，在动物实验中已取得初步成效。此外，胚胎干细胞变可用于治疗脊髓损伤等。本文将就近年来有关胚胎干细胞的分离及鉴定、胚胎干细胞的自我更新、定向分化及其在神经系统疾病中的应用等方面的研究进展作一综述。     

金鱼β-catenin以细胞自主性方式抑制神经发育早期调节基因vsx1的表达

β-catenin基因是脊椎动物背部中轴结构形成的必需基因. 近年的研究发现, 在斑马鱼和爪蟾中, β-catenin还具有抑制神经外胚层形成的作用. 为深入了解β-catenin是如何抑制神经外胚层形成以及这种抑制在正常发育过程中的功能, 我们研究了金鱼胚胎发育过程中β-catenin对神经外胚层发育早期调节基因vsx1表达的抑制作用. 实验结果表明, 用反义morpholino oligonuc- leotides (MO)抑制内源β-catenin的功能可导致胚胎发育早期vsx1的广泛表达; β-catenin可抑制vsx1基因启动子所控制的绿色荧光蛋白(GFP)报告基因的表达. 进一步的分析证明, β-catenin所直接启动的下游靶基因boz可以通过vsx1基因启动子中的特定结合位点抑制vsx1基因启动子所控制的GFP报告基因的表达. 这些结果表明, β-catenin在脊索中胚层前体细胞中启动与脊索中胚层发育调节相关基因表达的同时, 还能以细胞自主性方式抑制神经发育早期调节基因vsx1在这些细胞中表达, 提示β-catenin在脊索中胚层前体细胞中抑制vsx1基因的异位表达与启动脊索中胚层调节基因的表达都是保障脊索正常发育所必需的     

金鱼中vsx1基因抑制脊索中胚层发育调节基因ntl的表达

vsx1是最先在金鱼中发现, 在神经视网膜双极细胞的增殖、分化和正常生理功能维持中具有重要作用的转录因子基因. 在已经检测的脊椎动物物种中, 该基因都在胚胎发育的早期即开始表达, 而且其在不同物种中的时空表达模式相似, 提示该基因在胚胎发育早期可能具有重要的调节功能. 但vsx1在眼睛发育之外的发育调节功能研究尚无报道. 本研究对金鱼vsx1过表达和功能抑制对胚胎形体模式形成的影响进行了分析, 发现抑制vsx1的功能及其过表达都能严重干扰胚胎背中线脊索结构的发育. 基因表达原位杂交分析表明, vsx1过表达能显著抑制脊索中胚层发育关键调节基因ntl在背中线的表达, 而vsx1被抑制则ntl在背中线的表达范围显著扩展. 凝胶阻滞分析证明VSX1蛋白作为转录因子可与ntl启动子的特定序列直接结合. 基因表达分析证明, vsx1能有效抑制ntl启动子控制的报告基因GFP转录. 这些结果都证明, vsx1能直接抑制脊索中胚层发育关键调控基因ntl的表达, 提示vsx1在胚胎发育早期的主要功能之一可能是抑制脊索中胚层基因在神经管中异位表达, 以保障中枢神经系统按正确的模式发育.     

成体干细胞可塑性机制及临床应用研究

近年来，人体干细胞因为其广阔的应用前景而备受重视。干细胞是能够稳定生存、复制并具有保持多系分化潜能的原始细胞，可分化为人体两百多种组织细胞。根据个体发育过程中出现的先后次序不同，干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞。     

科学家首次“造”出小鼠胚胎

正科学家一直对人类胚胎早期发育过程抱有极大兴趣,希望能借此了解早期妊娠失败的原因。英国研究人员日前在2017年3月3日出版的《科学》杂志上报告说,他们利用小鼠两种不同类型的干细胞,首次完全在体外培育出了小鼠胚胎。哺乳动物受精卵要经历多次分裂,生成大量干细胞。这些干细胞中,一部分最终形成胚胎身体的,叫作胚胎干细胞。这些胚胎干细胞集聚到一起,形成了胚胎的早期阶段——胚泡。胚泡中还存在另外两种干细     

人类成纤维细胞作为人胚胎干细胞饲养层细胞的初步研究

为了避免将来应用时，人类胚胎干细胞接触到小鼠细胞和小鼠可能存在的病理原体，利用人类自身的成纤维细胞作为体外培养人胚胎干细胞的饲养层一直是其将来应用中需要解决的问题，用流产胎儿和成体包皮细胞分离的成纤维细胞作为饲养层，成功地将人类胚胎干细胞传代，传代过程中的人ES细胞在人的成纤维细胞层上保持不分化的特征。     

胚胎干细胞自我更新相关信号转导途径及信号分子

胚胎干细胞(embryonic stem cells, ES cells)是从囊胚期内细胞团(inner cell mass, ICM)分离得到的, 在体外具有无限或较长期的自我更新能力, 并能在特定的诱导条件下分化成各种组织特异性细胞. 鉴于此种特性, ES细胞在临床上具有极其广阔的应用前景. 但是要将ES细胞成功的应用于临床, 必须解决的首要问题是胚胎干细胞是如何实现自我更新及定向分化的. 某些小鼠的ES(mES)细胞可以在LIF等外源性细胞因子的作用下在体外维持自我更新. 研究表明, LIF维持自我更新的能力是通过LIF-LIFR-JAK-STAT3途径实现的, 其中STAT3在该途径中起关键作用. Oct-3/4也是维持ES细胞多能性的重要分子之一, 它与其辅助分子Sox2, Rox-1共同参与调节胚胎的正常发育. Nanog是最近发现的一个同源盒转录因子, 被认为在ES细胞的全能性维持中起关键作用. 此外, BMP, Wnt, ERK途径也在这一过程中起重要作用. 本文中我们对近年来发现的有助于胚胎干细胞自我更新的相关信号转导通路做了概括综述, 主要有LIF-STAT3途径、Oct-3/4和Nanog信号分子. 虽然它们之间是通过怎样的模式相互影响和协调起作用还不是十分清楚, 但为我们以后的研究指明了方向.     

维持Oct-4基因表达对小鼠胚胎干细胞分化的影响

通过导入外源性表达的Oct-4基因，使小鼠胚胎干细胞（ES细胞）在维甲酸诱导分化后仍继续维持Oct-4基因的表达，建立了Oct-4基因维持表达的ES－O细胞株。研究发现，在缺乏干细胞分化抑制因子LIF的情况下，Oct-4基因的维持表达本身并不能维持ES－O细胞的干细胞特性；在LIF存在时，Oct-4基因的维持表达增强了ES－O细胞维持干细胞未分化状态的能力, 而且部分抑制了维甲酸诱导的细胞分化，说明Oct-4基因与LIF协同作用才能维持ES细胞的未分化状态，在细胞分化过程中，ES－O细胞倾向于向神经细胞分化，提示Oct-4基因的维持表达可能与神经外胚层分化相关。     

我国科学家培养出人类体外诱导全能干细胞

<正>近日，中国科学院和深圳华大生命科学研究院等多家机构的研究者，通过体细胞诱导培养出了类似受精卵发育3天状态的人类全能干细胞，这是目前全球在体外培养的“最年轻”的人类细胞，是继科学家成功培育出人类多能干细胞后，再生医学领域的又一颠覆性突破。研究者们开发了一种非转基因、快速且可控的“鸡尾酒”细胞重编程方法，能够将人的多能干细胞转化为全能性的8细胞期胚胎样细胞，即相当于受精卵发育3天状态的全能干细胞。     

漫话干细胞

同克隆一样,干细胞技术因为其光明的应用前景和快速的发展速度越来越受到人们的关注。这是为什么呢?干细胞是什么所谓“干细胞”,是指一类具有自我更新和分化潜能的细胞。按分化潜能的大小,干细胞基本上可分为三种类型;一类是全能性干细胞,它具有形成完整个体的分化潜能。如胚胎干细胞(简称ES细胞),它是从早期胚胎的内细胞团分离出来的一种高度未分化的细胞系,具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分化能力,它可以无限增殖并分化成为全身200多种细胞类型,进一步形成机体的组织和器官。另一类是     

貉早期胚胎核仁分化的研究

研究哺乳动物的早期胚胎发育对于体外受精和胚胎移植等技术的应用具有重要意义.早期胚胎发育中核仁的分化,是胚胎细胞基因活动的重要标志.最早期的哺乳动物胚胎发育是受母本的mRNA和蛋白控制的,而胚胎发育到一定阶段才开始表达自身的基因.因而,胚胎的早期发育就是一个从母本基因向胚胎基因控制转变的过程,也即基因差次表达的过程.不同种动物胚胎基因起动的时间是不一致的,如小鼠发生在2细胞期,牛为8细胞期,绵羊为16细胞期,而人为8—16细胞阶段.在貉早期发育胚胎基因表达的时间,尚不清楚.     

干细胞的研究进展

1998年, Thomson和Gearhart实验室先后建立了源于人类胚胎的干细胞; 1999年, 研究人员又发现即使是成熟的干细胞也可以被分化为不同类型的细胞. 干细胞的研究进展给医学应用领域带来了新的希望, 同时也促使人们重新思考传统的细胞发育概念. 正是由于干细胞的研究获得了突破性进展, 使得有关干细胞的研究被Science评为1999年度十大科学进展之首[1]. 本文从研究概况、一般特性、进化发育、干细胞的研究现状以及应用前景几方面介绍干细胞的研究进展. 1 研究概况 从80年代初期至今, 已经有多种哺乳动物, 包括非人灵长类动物的胚胎干细胞系(emb…     

探索生命的奥秘（八）——纪念诺贝尔生理与医学奖100年

历经百年的探索,生命科学家们终于—— 掌握了基因的真谛 位于人体细胞核23对染色体上的约3～12万个基因可分为4种。 ●结构蛋白基因(即发育遗传基因) 是可以表达出细胞结构的蛋白质。20世纪50年代初,美国人路易斯研究果蝇双胸畸型,发现了同源异形基因控制着体节的发育。20世纪     

“既然从事这项研究,自然就有一份担当”——2012年诺奖得主山中伸弥访谈录

今年9月,山中伸弥在京都大学展示了将成熟皮肤细胞转变成类似于人类胚胎干细胞技术:通过注射遗传物质,细胞可逆向发育。这项技术在为特定患者进行干细胞疗法开启一扇大门的同时,有望帮助他们修复受损的器官或抵御疾病,如帕金森氏症或糖尿病等,尤其在实施这项技术时将不再伤及人类胚胎。《新科学家》杂志为此采访了山中本人。采访中发现,他对自己的突破性研究成果感到兴奋的同时,对其伦理问题还是表现出了一丝担忧。以下是访谈内容。