诱导多能干细胞(iPS)形成中组蛋白修饰的功能及机制

使用患者体细胞来源的诱导多能干细胞（iPS），不存在免疫排斥和伦理等问题，有望解决临床器官移植供体不足等问题，因此iPS细胞机制的阐明已成为国际干细胞研究领域关注的热点。近期研究发现，组蛋白甲基化酶抑制剂（Bix）和去乙酰化酶抑制剂（TSA、VPA）等可以显著促进iPS细胞的形成。我们ChIP-on-chip的实验也发现，Yamanaka因子诱导iPS过程中，可能直接调节了一些组蛋白修饰酶的表达。但，组蛋白修饰在iPS形成中起哪些作用、特异性由谁决定等机制还未见报道。我们先前的研究证实，细胞内外信号是组蛋白乙酰化等特异性的重要决定因素。因此，本项目将采用表观遗传组学方法、生物信息学分析手段、信号转导研究技术和基因操作等，深入研究iPS形成中组蛋白修饰（酶）的特异性变化、变化机制、变化间的相互作用、及这些变化对iPS形成的作用，揭示组蛋白甲基化和乙酰化等修饰在iPS形成中的作用及机制。

患者体细胞来源的诱导多能干细胞（iPS）能有效解决干细胞治疗应用中的异体免疫排斥、伦理以及临床器官移植供体不足等问题，阐明iPS细胞产生的机制已成为国际干细胞研究领域关注的热点。组蛋白修饰等表观遗传调节的改变被认为是iPS细胞形成中最重要的分子基础。项目立项以来，在建立有效的iPS诱导方法的基础上，我们深入研究了组蛋白修饰酶，以及microRNA等表观遗传调节分子在iPS形成中的作用和机制。项目实施取得了突出的成果，圆满完成了研究任务和目标，在Cell等杂志发表基金标注SCI论文15篇。具体成果如下：1）发现了E-cadherin介导的细胞-细胞间黏附在iPS形成中的重要作用；2）首次阐明胚胎干细胞/诱导多能干细胞干性维持必须的八条基本信号通路，为提高诱导多能干细胞效率和品质以及干细胞定向分化效率提供了可行性的方法和策略；3) 发现组蛋白去乙酰化酶HDAC家族对iPS诱导的作用并深入研究了干扰HDAC2有效促进iPS形成的机制；4）发现Sox2抑制DNA甲基转移酶（DNMTs）有效提高iPS效率和质量的miRNA机制；5）发现miRNAs与转录因子在细胞重编程中具有协同作用，而且miRNAs参与的信号通路更倾向于干细胞多能性维持相关信号通路；同时阐明了miRNA-138特异抑制p53信号通路而促进iPS细胞形成的功能和机制。