miR-495及miR-323-3p在iPS细胞多能性维持及胚胎发育过程中的生物学作用

Induced pluripotent stem cells (iPS) technology has played an increasingly important role in basic research, developmental biology, agriculture and animal husbandry and regenerative medicine applications. However, low efficiency of induction and not fully pluripotency are the two main problems in iPS research. Although previous research has found some molecular markers which can be used as to evaluate the developmental potential of iPS cells, but the underlying mechanism of these markers in the late development and differentiation regulation of iPS cells is still unknown. In order to further evaluate and reveal the role of these molecular markers in stem cell pluripotency signaling pathway and in pluripotent stem cell developmental potential, we will investigate miR-495 and miR-323-3p in the region of these molecular markers in mouse genome by using cell lines with different developmental potential. The results will provide important information for further elucidating the mechanism of reprogramming of iPS cells and will promote clinical application of iPS cells in regenerative medicine.

iPS技术在发育生物学等基础研究领域和农牧业、再生医学等应用领域中发挥了越来越重要的作用，然而低诱导效率和不完全的多能性是目前iPS细胞研究面临的两个主要问题。虽然已有的研究发现了可以用来作为判定iPS细胞发育潜能的分子标记，但其发生机制及对多能性细胞后期发育分化的调控机制仍属未知。本研究以小鼠为研究模型，利用现有的不同发育潜能细胞为研究基础，尝试分析该分子标记区域中miR-495及miR-323-3p的生物学作用，以期在未来的研究中确定该分子标志物在干细胞多能性信号通路调控中所起的作用，揭示决定多能性干细胞发育潜能的分子生物学机制。这一结果将为进一步研究iPS细胞重编程的机理提供重要依据，并且对于推动iPS细胞在再生医学中的临床应用具有重要作用。

尽管具有相似的标志多能基因表达水平，不同干细胞的多能性还是有很大差别。是否存在可甄别多能性水平的分子标识是干细胞基础研究与临床应用面临的重要问题。通过对具有不同发育潜能的多能性干细胞系的系统检测和分析，研究组发现了表达量与干细胞多能性水平正相关的关键基因调控区Dlk1-Dio3区域，可作为判断干细胞多能性水平的分子标识。课题组选择该区域中表达水平较高的miRNA开展研究，以期了解该区域在干细胞及胚胎发育过程中的生物学功能。我们发现该区域内的miRNA——miR323-3p可以通过Eed的3’-UTR调控PRC2复合体，从而进一步调控多能干细胞的H3K27me3水平进而影响细胞的多能性状态；针对另一个miRNA——miR379-5p，通过生物信息学预测，我们推测有可能与TGF-β诱导的信号通路相关，通过在干细胞中过表达及抑制该miRNA，我们发现miR-379-5p在中胚层分化过程中起到重要作用，抑制该miRNA可以显著的抑制干细胞向中胚层的自发分化；为了更好的针对Dlk1-Dio3区域开展研究，我们在小鼠ES细胞中建立了基于同源重组敲入的Gtl2-GFP的报告体系，证实该体系可以准确的指示细胞中Dlk1-Dio3区域的表达情况，报告基因的荧光强度与基因表达水平正相关，本研究证实，可以通过构建lncRNA Gtl2的报告体系来快速指示多能细胞的多能性水平，也为进一步探索该区域的作用机制提供了高效的读出体系。