iPS细胞基因组稳定性调控的分子机制

诱导多能干细胞(iPS细胞)在再生医学与个体化治疗中有着巨大的优势和潜力,但iPS细胞的基因组稳定性较低带来的致瘤性等潜在风险阻碍了其临床应用。在2012年国家重大科学研究计划"iPS细胞重编程过程中染色体稳定性调控的机制研究"项目资助下,我们围绕"iPS重编程中染色体稳定性的分子调控机制是什么?"这一科学问题,取得了一系列原创性的研究成果,为发展提高iPS细胞基因组稳定性以及其质量的方法奠定了理论基础。本文总结了项目的研究背景,取得的研究进展和今后的发展方向。     

“人多能干细胞多能性维持和发育潜能差异的系统研究”进展

人类胚胎干细胞及诱导多能干细胞研究的一个目标就是将它们成功应用于临床细胞替代疗法,为人类健康做贡献。诱导人类胚胎干细胞及诱导多能干细胞向不同谱系的细胞定向分化是将其应用于临床的前提,系统研究具有不同发育潜能的人多能干细胞间多种差异的分子机制,不仅能够深入理解发育潜能建立的分子基础,而且对筛选和建立符合临床应用标准的人多能干细胞具有重要意义。由同济大学康九红教授领衔的国家重大科学研究计划项目,通过研究不同来源的人类胚胎干细胞及诱导多能干细胞系在多能性、分化潜能、临床有效性和安全性差异的内在本质的区别,对其中所涉及的4个关键科学问题开展了深入研究,取得了若干重要进展。本文就该项目研究的概况、研究进展、实施效果进行回顾与论述,并对后续研究提出展望。     

精原细胞向生殖干细胞和生殖细胞转化的机制研究

生殖干细胞是生殖细胞发育的早期阶段。生殖干细胞是一类特殊类型的成体干细胞,它不但具有干细胞的特性,还具有传递遗传信息的能力。本项目以阐明精原干细胞转换体系为中心,以研究精原干细胞向雌性生殖干细胞转换的机制为主线,揭示其复杂机制和探索其在性分化异常相关疾病机理研究中的应用。基于这一主线,我们首先根据前期研究结果建立了精原干细胞向雌性生殖干细胞体外转化体系,根据这一结果和技术平台以及前期研究已建立的体内转换小鼠模型,从表观遗传学、细胞代谢和细胞器重塑等角度揭示了精原干细胞向雌性生殖干细胞转化的机制。另一方面,利用已建立的体内转换小鼠模型和已建立的性分化异常疾病资源库和家系库等揭示了性分化异常及相关疾病发生机制。项目的实施为性分化异常相关疾病的防治提供理论依据和技术平台,为人类优生和出生缺陷的防治奠定基础。     

令人担忧的人类胚胎克隆

近期美国俄勒冈健康科学大学的科学家们成功的从实验室培养的人体胚胎中提取了干细胞。这是一项重要的进展。这一突破将有望让科学家们得以利用干细胞技术治疗一系列的困难疾病,包括阿兹海默症和多发性硬化症。2013年5月15日,该研究小组在美国科学期刊《细胞》网络版上发表文章,宣布已使用"体细胞克隆技术",向女性提供的卵细胞内植入他人皮肤细胞的细胞核,首次成功制作了能够分化成各种组织的胚胎干细胞(ES细胞)。该研究小组的研究人员表示:"比起iPS细胞来,克隆ES细胞也     

人工胰岛成功用于小鼠

正中国科学院分子细胞科学卓越创新中心的曾艺研究组,在实验小鼠中开展实验,成功鉴定出小鼠胰岛中的干细胞类群,并借助干细胞体外培养的方法,获得了有功能的小鼠"人工胰岛"(胰岛类器官),为下一步人体"人工胰岛"的研究提供了理论依据和技术支持。相关研究论文发表在3月19日的《细胞》上。     

专家胞培育出人造鼠胚胎

<正>科学家近日取得了一项重大科学突破,在实验室中利用干细胞成功培育出可以发挥生理功能的小鼠胚胎。这枚人造胚胎采用了两种干细胞:负责发育成躯干的“主细胞”和细胞赖以生长的3D骨架。该发现有望帮助科学家更好地了解生命早期的发育状况,并为妊娠早期三种主要流产原因中的两种提供解释。天然胚胎需要精子与卵细胞结合后置入子宫中进行发育。干细胞可以分化成人体内的任何细胞,但科学家始终未能使干细胞     

拟南芥蛋白激酶CIPK23正向调控细胞钾离子通道AKTI

为了调查人脐带血细胞在山羊多种组织中的嫁接和分化，上海交通大学上海医学遗传研究所黄淑帧课题组与美国宾夕法尼亚大学DonA．Baldwin合作，利用胎儿早期免疫系统发育尚未成熟的特点，将带有绿色荧光蛋白（GFP）报告基因标记的人脐带血造血干细胞注射到妊娠45—55天的胎山羊腹腔中，成功建立了人源干细胞能在山羊体内长期存活的人／山羊异种移植嵌合体。研究人员进一步通过在活体水平上的系统观察，分析了人源干细胞在山羊多种脏器中的生物学特征，并用基因芯片技术分析了嵌合体中人源基因的表达谱，获得了宝贵的科学资料。相关研究论文发表在2006年5月16日PMIS，103（20）：7801—7806上。     

向卵母细胞注射孤雄单倍体胚胎干细胞可产生遗传修饰小鼠

单倍体细胞适合进行遗传分析。最近成功通过单性生殖获得的小鼠单倍体胚胎干细胞(haESCs),使得科学家可以在哺乳动物细胞中进行基因筛选。然而,从这些haESCs产生活的动物一直没有被实现,而这是将遗传分析扩展至机体水平所需要的。中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所细胞生物学国家重点实验室李劲松研究组和分子生物学国家重     

2007年十大科学发现

这是美国《时代》杂志评出的2007年十大科学发现。1.干细胞研究获得突破两本权威期刊《细胞》及《科学》在2007年11月20日同时刊出来自美国及日本两个研究团队的报告,证实皮肤细胞经过"基因直接重组"后可以转化成为具有胚胎干细胞特性的细胞。这     

我国基础研究发展现状及当前国际科学前沿热点分析——干细胞领域重大科学问题

本文分析了干细胞发展的现状及应用前景,尤其是诱导性多能干细胞(iPS)的发展态势以及在再生医学中的应用前景,并提出了在未来干细胞发展中的若干重大科学问题。     

生物基因组非蛋白质编码转录组学及研究进展

RNA转录组学和功能组学的研究是目前生命科学领域的重要研究方向。生命的中心法则（由DNA转录RNA,再由后者翻译成行使各种功能的蛋白质）因调控RNA分子的发现而进一步得到扩展。最近的大量研究发现,自基因组中非蛋白质编码区转录的RNA分子具有重要的调控功能,即转录后的调控功能。在这些RNA分子中,内源性小干扰RNA分子、microRNA及piwi-RNA等的功能逐渐被揭示。本文对目前有关RNA转录组学研究进展做一简要综述。     

颗粒细胞上的配体NPPC及其受体NPR2维持小鼠卵母细胞减数分裂的阻滞

哺乳动物卵泡中的颗粒细胞维持了卵母细胞处于减数分裂阻滞状态,这可以防止它们过早成熟。研究发现,位于卵泡壁上的颗粒细胞表达C-型钠肽(NPPC)的信使RNA;而卵母细胞周围的卵丘细胞表达NPPC受体NPR2的信使RNA,这是一个鸟苷酸环化酶。细胞培养实验显示,NPPC可增加卵丘细胞和卵母细胞中cGMP的表达水平,抑制了减数分裂的恢复。Nppc或Npr2突变小鼠,减数分裂阻滞将在大多数卵泡中不能持续,减数分裂得以提早恢复。卵母细胞源旁分泌因子可促使卵丘细胞表达Npr2的信使RNA。上述结果表明,颗粒细胞上的配体NPPC及其卵丘细胞上的受体NPR2协同防止了减数分裂的过早成熟,这对于成熟和排卵的协调以及对于雌性生殖都至关重要。     

Thinking Dynamically About Biological Mechanisms: Networks of Coupled Oscillators

Explaining the complex dynamics exhibited in many biological mechanisms requires extending the recent philosophical treatment of mechanisms that emphasizes sequences of operations. To understand how nonsequentially organized mechanisms will behave, scientists often advance what we call dynamic mechanistic explanations. These begin with a decomposition of the mechanism into component parts and operations, using a variety of laboratory-based strategies. Crucially, the mechanism is then recomposed by means of computational models in which variables or terms in differential equations correspond to properties of its parts and operations. We provide two illustrations drawn from research on circadian rhythms. Once biologists identified some of the components of the molecular mechanism thought to be responsible for circadian rhythms, computational models were used to determine whether the proposed mechanisms could generate sustained oscillations. Modeling has become even more important as researchers have recognized that the oscillations generated in individual neurons are synchronized within networks; we describe models being employed to assess how different possible network architectures could produce the observed synchronized activity.     

高转换效率的有机染料敏化太阳电池

本研究设计合成了一种分子内梯度能级、含二元π共轭单元的有机染料C217。此染料以3,4-乙烯二氧基噻吩（EDOT）与二并噻吩的顺序偶联结构作为染料的共轭系统,结合三芳胺给体和氰基乙酸受体,实现了染料的宽光谱吸收。该染料在以乙腈为电解质溶剂的器件中达到了9.8%的光电转换效率;结合无溶剂离子液体电解质,实现了光电转换效率达8.1%的长期光热稳定的染料敏化太阳电池,其性能已经非常接近钌染料。这一研究成果将促进宽光谱、高效率、低成本有机染料敏化太阳电池的开发和应用。     

内源性钠-钾泵激动剂调节痛觉信息传递

神经元通过钠．钾泵（Na＋,K＋-AT．Pase）在细胞浆中富集钾离子并排出细胞内的钠离子,从而维持细胞膜内外的钠和钾离子浓度梯度,调控细胞膜电位和兴奋性,该过程对调节神经元功能起到十分重要的作用。但是,人们一直不清楚除了ATP、钠和钾离子对钠．钾泵的驱动作用以及一些神经递质、激素通过它们的受体间接地调节钠一钾泵活性以外,身体内是否存在可以直接激动钠一钾泵的物质,并对神经系统功能进行调节。我们的研究发现传导痛觉的背根节神经元高表达滤泡素抑制素样蛋白1（follistatin．1ike 1,FSTL1）,并通过清亮小泡将FSTL1运输至脊髓内的传入神经终末释放,直接与位于感觉传入神经终末突触前膜上的钠一钾泵仪1亚基相结合,增强钠．钾泵活性,使细胞膜超极化,从而对感觉传入神经终末的兴奋性突触传递起抑制性调控作用。我们与南京大学模式动物研究所高翔研究组密切合作,制备了国内第一例条件式敲除小鼠,在背根节神经元中特异性敲除了FSTL1的基因。研究发现FSTL1条件式敲除小鼠兴奋性突触传递增强．痛觉敏感度提高。因此,FSTL1作为第一个被发现的内源性钠。钾泵激动剂,对于保持正常的躯体感觉是必需的,FSTL1减少则会导致异常痛觉。该发现表明内源性钠一钾泵激动剂可以通过调控突触传递对神经系统功能产生重要的影响。     

Studies on Molecular Mechanisms of Prebiotic Systems

Lately there has been a growing interest in evolutionary studies concerning how the regularities and patterns found in the living cell could have emerged spontaneously by way of self-assembly and self-organization. It is reasonable to postulate that the chemical compounds found in the primitive Earth would have mostly been very simple in nature, and would have been immersed in the natural dynamics of the physical world, some of which would have involved self-organization. It seems likely that some molecular processes self-organized spontaneously into a hierarchy of complex behaviours. Our conceptual search herein reaches back to the time when prebiotic phenomena began to take shape. This was before the origin of life, so in this paper we hope to shed new light on some of the theoretical issues that surround the ways in which cellular organization might have evolved without the aid of replicated information.     

"绿蓝"悖论有解吗?——一个哲学的回答

古德曼的绿蓝悖论一经提出,便激起了来自逻辑学领域的回应,并给出了各种解决方案。但这些方案却在逻辑层面上不约而同地走入了困境,使我们不得不重新面对“绿蓝悖论有解吗”这个问题。本文试图通过对绿蓝悖论的代表性解决方案的考察,以文本解读为基探寻逻辑解决困境的根源,并借助于对绿蓝悖论的哲学重置,揭示其深层哲学蕴含从而给出一种哲学的回答。     

The Deluge of Spurious Correlations in Big Data

Very large databases are a major opportunity for science and data analytics is a remarkable new field of investigation in computer science. The effectiveness of these tools is used to support a “philosophy” against the scientific method as developed throughout history. According to this view, computer-discovered correlations should replace understanding and guide prediction and action. Consequently, there will be no need to give scientific meaning to phenomena, by proposing, say, causal relations, since regularities in very large databases are enough: “with enough data, the numbers speak for themselves”. The “end of science” is proclaimed. Using classical results from ergodic theory, Ramsey theory and algorithmic information theory, we show that this “philosophy” is wrong. For example, we prove that very large databases have to contain arbitrary correlations. These correlations appear only due to the size, not the nature, of data. They can be found in “randomly” generated, large enough databases, which—as we will prove—implies that most correlations are spurious. Too much information tends to behave like very little information. The scientific method can be enriched by computer mining in immense databases, but not replaced by it.     

Systems and Beliefs

Systems thinking provides insights into how ideas interact and change, and constructivism is an example of this type of systemic approach. In the 1970s constructivism emphasised the development of mathematical and scientific ideas in children. Recently constructivist ideas are applied much more generally. Here I use this approach to consider beliefs and their role in conflicts and the conditions needed for reconciliation. If we look at Reality in terms of how we construct it as a human cognitive process, we recognise two things. First, that we cannot go beyond our senses and thoughts to what exists independently of us, and second, if we construct what we know we have to take responsibility for this. This inevitably focuses our thinking on the relation we have with the physical and social world, we are a part of the universe rather than apart from it. This paper argues that accepting and understanding these limits of human knowing together with our interconnectedness provide opportunities to understand conflicting positions. To resolve conflict, people with opposing viewpoints have to be prepared to understand each other. That is a challenge because our own reality plays a vital role in our lives, for everything from personal survival to social support.