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组织干细胞的干性维持、分化控制和免疫调节研究

2017-11-13 7页 doc 21KB 22阅读

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组织干细胞的干性维持、分化控制和免疫调节研究组织干细胞的干性维持、分化控制和免疫调节研究 项目名称: 组织干细胞的干性维持、分化控制和免疫调节研究 时玉舫 中国科学院上海生命科学研究院 2010年1月-2014年8月 中国科学院 上海市科委 1、组织干细胞静息和活化状态的转换及多潜能性研究 研究干细胞静息和活化状态的转换,评价其分化的多潜能性,以认识组织干细胞的干性维持机制。拟应用已知的可能的组织干细胞的标志,制备组织干细胞遗传标记小鼠模型或进行离体标记,以显微切割系统进行单细胞水平的分离,利用已建立的组织干细胞长期培养观察系统进行培养观察,借助SOLiD TM...
组织干细胞的干性维持、分化控制和免疫调节研究
组织干细胞的干性维持、分化控制和免疫调节研究 项目名称: 组织干细胞的干性维持、分化控制和免疫调节研究 时玉舫 中国科学院上海生命科学研究院 2010年1月-2014年8月 中国科学院 上海市科委 1、组织干细胞静息和活化状态的转换及多潜能性研究 研究干细胞静息和活化状态的转换,其分化的多潜能性,以认识组织干细胞的干性维持机制。拟应用已知的可能的组织干细胞的标志,制备组织干细胞遗传标记小鼠模型或进行离体标记,以显微切割系统进行单细胞水平的分离,利用已建立的组织干细胞长期培养观察系统进行培养观察,借助SOLiD TM技术平台对组织干细胞进行单细胞达谱分析,以识别和鉴定组织干细胞,静息和活化的组织干细胞的,发现不同状态下组织干细胞的特异性分子标志,掌握静息和活化状态转换的分子机制;通过比较不同阶段的多潜能干细胞和单潜能前体细胞的mRNA和蛋白质表达谱以及表观遗传学谱,确定组织干细胞在遗传及表观遗传方面的特性标志,分析维持组织干细胞多潜能性的遗传和表观遗传作用机制,揭示组织干细胞干性维持的规律。 2、组织干细胞分化启动和分化定向研究 研究分化启动关键因子、抑分化因子和促分化因子平衡与分化的相关性、分化过程的阶段特性,以及异位再殖的分化特性。拟采用活体组织中干细胞遗传标记及其谱系示踪模型小鼠,制备组织干细胞分化模型,在不同的时间点(即不同的分化阶段)直接从活体中采取标记细胞和组织标本,采用原位和离体的方法对组织干细胞分化活动的过程及其调控进行具有时空特性的综合研究,其中包括:组织干细胞分化进程中结构空间特性的认识、不同分化阶段、分化启动和分化定向关键调控因子的鉴定。在此基础上,也进行不同胚层来源的组织的组织干细胞之间的比较研究,以认识分化事件调控的基本规律。 3、组织干细胞分化的遗传及表观遗传调控机制研究 研究与组织干细胞分化相关的关键因子的遗传和表观遗传调控机制,。拟采 用遗传学和表观遗传学研究体系,探讨已知的表观调控因子(包括组蛋白修饰分子、染色质重塑分子和microRNA)的生物学功能和作用机制;发现和鉴定新的表观遗传调控因子及其作用机制;运用生物信息学方法,整合不同层次的数据(mRNA、转录因子、microRNA和表观遗传调控相关分子),。 4、组织干细胞免疫调节研究 研究组织干细胞的免疫生物学特性及机体免疫因素对组织干细胞的调控。拟利用功能基因组和蛋白质基因组高通量平台分析不同状态和阶段的组织干细胞免疫相关分子表达差异,明确组织干细胞免疫相关分子及其功能的识别和鉴定标志,研究免疫因子对组织干细胞干性维持、分化和免疫功能的影响,发现关键的免疫调控因子及其作用机制。进而在组织损伤和疾病动物模型中,研究机体微环境免疫因素对植入和内在的组织干细胞的激活、动员、向损伤靶组织定向迁移、分化、生长和凋亡的作用及其机制,发现干预调控靶点。研究组织干细胞移植对组织损伤和疾病动物的免疫影响和损伤修复作用,并研究组织干细胞移植的免疫排斥及可能的干预手段,探讨组织干细胞移植修复治疗及再生医学的新策略。 总体目标 以发现组织干细胞生物学的基本规律,发展精准调控组织干细胞的新策略,并将其应用于修复组织和治疗疾病为最终目标。 本着“突出我国领域优势,着重解决符合重大需求的关键问题、瞄准国际基础理论前沿”的原则,立足于中国科学院干细胞重点实验室和上海干细胞研究所,并在我们研究已取得重要突破的基础上,利用项目组具有特色的技术平台和研究体系,研究组织干细胞发育的多潜能性、分化调控过程及其与机体免疫的交互作用,多层次地分析组织干细胞干性维持,分化启动及分化调控、免疫调控等关键制动节点。以期阐明组织干细胞干性维持、分化启动和分化定向的关键分子机制,确定其干预调控靶点,组织干细胞调控网络。组织干细胞与机体免疫交互作用的规律,为组织干细胞安全有效地应用于组织修复和疾病治疗,提供重要理论基础和技术支撑。进一步加快我国干细胞研究与再生医学、免疫和分子遗传等领域的衔接和交叉,形成高水平的学术研究人才梯队。 五年目标与预期突破: 1、确定组织干细胞静息及活化状态的识别标志,揭示组织干细胞干性维持的规律 建立组织干细胞静息和活化状态的指纹图谱,确定组织干细胞的细胞编程差异及干细胞静息与活化状态的识别标志,发现组织干细胞共性及特性标志。研究并发现调控组织干细胞静息与活化状态的关键因子及多潜能性维持的遗传及表观遗传规律。并揭示不同组织的组织干细胞及其在体外和体内环境下干性维持的异同。通过对组织干细胞活化异常的干预研究,为干细胞疗法提供新的药物靶标。 2、发现组织干细胞分化启动和分化定向的关键调控因子,明晰组织干细胞 分化途径 建立组织干细胞的遗传标记和分化谱系示踪的技术体系,实现分化阶段的划分及其mRNA、microRNA和蛋白质水平指纹图谱的建立,发现分化启动及其后续各主要分化阶段的关键调控因子,并绘制可以反映主要分化方向和主要分化等级的分子“分化树”,以丰富组织干细胞的分化过程及其分化调控分子基础方面的知识体系,进而为活体中组织干细胞分化行为人为干预体系的建立提供理论基础。 阐明组织干细胞分化的遗传和表观遗传调控机制,组织干细胞调控 阐明与组织干细胞分化相关的关键因子的遗传和表观遗传调控机制;发现和鉴定新的表观遗传调控分子;整合不同层次的数据(mRNA、转录因子、microRNA和表观遗传调控相关分子),组织干细胞分化调控网络为干预组织干细胞的分化提供依据。 4、阐明组织干细胞与机体免疫因素的相互作用影响,提供组织干细胞移植治疗的免疫评价指标和免疫调节新策略 筛选并确定组织干细胞特异性表达的免疫相关分子,建立组织干细胞免疫学功能的识别鉴定体系,发现调控组织干细胞免疫功能的关键因子。建立组织干细胞迁移的技术体系,组织干细胞迁移的。阐明组织干细胞与机体免疫因素的相互作用及其分子机制,发现免疫干预调节的关键靶点,提供免疫调节新策略。 基于以上目标,本项目将发表SCI收录的学术论文100篇以上,其中在相关领域的国际权威刊物上发表论文30篇以上,申报发明专利30项,取得具有国际影响的原创性成果3-5项,培养硕博士研究生30-50名;并形成组织干细胞领域的杰出人才梯队。 学术思路 本项目针对制约组织干细胞研究和应用的理论瓶颈问题,以“确定组织干细胞静息状态、活化状态及分化过程的识别标志、揭示组织干细胞干性维持的规律、认识组织干细胞分化启动和分化定向的机制、阐明组织干细胞分化的调控网络及其遗传和表观遗传机制和建立组织干细胞移植修复治疗中免疫影响的评价和调控体系”为研究目标,集成细胞和分子生物学、表观遗传学、基因组学、转录组学、蛋白质组学及生物影像学、免疫学、生物信息学等优势学科力量,开展多学科交叉综合性研究,集中攻关关键科学问题。依据组织干细胞生物学活动的过程,以研究组织干细胞静息和活化状态的转换及多潜能性为起点,探索组织干细胞分化启动和分化定向的关键分子和靶点、分化调控网络及其遗传和表观遗传调控机制,进而研究组织干细胞与机体免疫的相互作用,以深入理解组织干细胞分化调控的基本规律以及组织干细胞移植的免疫调控机制,为组织干细胞临床应用奠定重要理论基础。技术途径 利用组织干细胞的分子标志,建立组织干细胞遗传标记的基因工程小鼠品系,以形成活体组织遗传标记和分化谱系示踪的研究平台。 采用已建立的细胞显微成像技术、单细胞激光捕获技术和单细胞表达谱研究分析平台系统,在单细胞水平对组织干细胞进行识别鉴定、静息与活化状态转换和多潜能性维持机制的研究。 利用组织干细胞遗传标记的基因工程小鼠品系,制备相应的分化模型,在不同的时间点直接从体内采取标记细胞及相应的组织标本进行mRNA、microRNA、蛋白质、细胞及组织水平的分析。进而利用RNA干扰和基因敲除的技术体系,研究所发现的关键分子在组织干细胞分化中的作用 采用ChIP-chip (seq)、MeDIP-chip (seq)技术和microRNA深度测序技术分析不同组织干细胞表观遗传差异,建立它们的表观遗传指纹图谱,进而达到对其进行识别和鉴定的目的。 通过DNA甲基化检测、染色质免疫共沉淀、组蛋白密码分析、染色质重塑分子基因敲除等方法,探讨DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等表观遗传调控在组织干细胞分化中的作用。 运用生物信息学方法,整合不同层次的数据(mRNA、转录因子、microRNA和表观遗传调控相关分子),组织干细胞分化相关的调控网络。 利用功能基因组和蛋白质组高通量分析平台,建立组织干细胞免疫学功能的识别鉴定体系。,研究组织干细胞的迁移与分子调控机制。 利用多种组织损伤和疾病动物模型,研究组织干细胞移植的免疫影响和损伤修复作用,同时研究组织损伤和疾病状态时,机体免疫因素对组织干细胞的免疫相关分子表达、动员、趋化迁移、分化生长等的影响。 以上各研究内容相对独立,而同时密切配合,交叉互用,形成一个有机整体。创新点和特色:本项目针对组织干细胞的干性维持、分化启动、分化定向和组织干细胞与机体微环境之间的相互影响等关键科学问题进行系统研究,其在理论上和技术上的创新与特色,主要体现在以下几个方面: 静息状态组织干细胞的基本特性。采用已建立的组织干细胞遗传标记技术体系,结合先进的细胞成像技术、单细胞激光捕获技术,以及SOLiD TM单细胞表达谱研究分析平台系统,构建静息与活化状态的组织干细胞的指纹图谱,探寻可用于其识别和鉴定的特异性分子标志,以此进一步探讨和阐明组织干细胞静息和活化状态相互转换和组织干细胞多潜能性维持的分子基础与调控机制。同时结合 上述研究,采用组织干细胞体外培养体系,进一步探讨组织干细胞体内及体外的生物学行为异同性。 活体组织干细胞分化行为的时空特性。采用基于Cre-loxP的基因工程小鼠技术体系,进行组织干细胞活体内遗传标记,及其后续分化谱系的示踪。并采用原位和离体的分析技术,建立不同分化阶段的指纹图谱,探寻组织干细胞分化启动和分化定向的关键调控因子,绘制组织干细胞“分化树”,从时间和空间的角度,解析组织干细胞分化过程及其调控作用的分子基础。同时也进行体外组织干细胞分化的研究,进一步分析组织干细胞体内、体外分化行为的特点。 组织干细胞分化调控的基本规律。采用遗传学、表观遗传学和生物信息学的研究体系,探讨调控组织干细胞分化启动和分化定向等的关键因子及作用机制。进而整合不同角度的研究数据(mRNA、转录因子、microRNA和表观遗传调控相关分子),组织干细胞分化调控网络,组织干细胞分化调控机制的基本规律。 组织干细胞与机体微环境的交互作用。结合研究组织干细胞对机体修复和免疫调控作用,同时观察机体局部微环境对前者分化发育和功能的调控影响,是本项目的又一新特色。在此基础上,进一步围绕免疫微环境对组织干细胞的迁移和募集作用,研究病生理状态下,趋化因子及其受体以及黏附分子等对组织干细胞的动员和招募调控机制,构建组织干细胞趋化因子受体表达谱,以此进一步分析组织干细胞的靶向趋化效应。 通过上述几个关键问题的研究,若达预期目标,本项目不仅突显了在组织干细胞生物学研究领域的原创性,也将丰富和充实干细胞生物学的知识体系,为组织干细胞在细胞治疗和再生医学中的应用奠定新的理论基础。可行性分析 本项目依据组织干细胞最新研究动态和发展前景,立足于已有工作基础和技 术平台,围绕“组织干细胞的干性维持、分化控制及免疫调节”的重大科学问题,经过充分科学论证,展开系统研究,从而保证该项目的立项和实施的可行性。 1、研究队伍:本项目组成员均为来自国家及部门干细胞等重点实验室的科研一线优秀中青年专家,已在干细胞、免疫学、细胞和分子生物学以及结构和功能基因组学研究等方面取得了具有国际影响力的学术成绩。拟推荐的首席科学家时玉舫教授是中央组织部首批“引进海外高层次人才”,各课题负责人也都在组织干细胞领域有突出成就,承担和完成了多项国家、省部级的相关研究课题,有深厚的研究造诣和丰富的课题管理经验。 2、工作积累:本项目组成员多年从事干细胞及相关领域的系统研究,具有较丰富的工作积累和取得了一批重要的创新突破,为本项目的实施奠定了坚实的基础。在国际上首次分离培养了鼠肝干细胞系,证明了其具有肝向和胆向分化的潜能,以及再殖损伤肝脏的能力(Stem Cells. 2006, 24: 322),在此基础上,进一步发现和提出了其肝
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