线粒体和过氧化物酶体在神经干细胞干性维持中的机制研究

One of the key characteristics of stem cells is to maintain their stemness.The biological behavior of organelles, especially for mitochondria and peroxisome, affects both the stemness maintaining of stem cells and the fate of daughter cells after mitosis. In view of the broad application prospects of the stem cells in in regenerative medicine and cell therapy, more and more studies focus on how to maintain the stemness of stem cells and delay stem cells aging. Therefore, this study is aimed at exploring the mechanism of the key organelles to maintain the stemness of neural stem cells in order to facilitate the clinical application of neural stem cells. We try to study the influence of the number and activity of mitochondria and peroxisome on the neural stem cells; the relationship between the distribution and localization of mitochondria and peroxisome and the fate of neural stem cells /daughter cells during mitosis; and investigated the mechanism of stemness maintenance of the neural stem cells, from mitochondrial autophagy, reactive oxygen species and so on. This project used the biological characteristics of the mitochondria and peroxisome as a starting point to investigate the biological characteristics of neural stem cells and systematically elaborated the mechanism of mitochondria and peroxisome in the stemness maintenance of the neural stem cells and affecting the fate of daughter cells.

干细胞干性的维持是干细胞关键特性之一，细胞器的生物学行为不仅影响干细胞干性维持，并且影响有丝分裂后子细胞的细胞命运，其中线粒体和氧化物酶体发挥了关键作用。鉴于干细胞在再生医学和细胞治疗上面的广阔应用前景，维持干细胞干性和延缓干细胞衰老成为了目前研究的焦点。因此，本课题旨在探究关键性细胞器维持神经干细胞干性的机制以便于服务神经干细胞的临床应用。本项目组着力于研究线粒体与过氧化物酶体的数量和活性对神经干细胞干性的影响；有丝分裂过程中线粒体与过氧化物酶体的分配和定位与神经干细胞干性和子细胞细胞命运之间的关系；活性氧簇、线粒体自噬和调控细胞凋亡等方面维持神经干细胞干性的机制。我们以线粒体和过氧化物酶体的生物学行为为切入点详细探究神经干细胞的生物学特征，全面详细阐述线粒体和过氧化物酶体对神经干细胞干性维持和影响子细胞细胞命运的作用机制。

干细胞干性的维持是干细胞关键特性之一，细胞器的生物学行为不仅影响干细胞干性维持，并且影响有丝分裂后子细胞的细胞命运，其中线粒体和过氧化物酶体发挥了关键作用 。本课题旨在探究关键性细胞器维持神经干细胞干性的机制以便于服务神经干细胞及线粒体在缺血性脑卒中的治疗应用。本项目组着力于研究线粒体与过氧化物酶体的数量和活性对神经干细胞干性的影响；有丝分裂过程中线粒体与过氧化物酶体的分配和定位与神经干细胞干性和子细胞命运之间的关系；活性氧簇、线粒体自噬和调控细胞凋亡等方面维持神经干细胞干性的机制。在缺血性脑卒中的治疗过程中常见脑血流再通后损伤加重的现象，称为脑缺血-再灌注损伤。这是一个很常见的病理生理过程，除了在缺血性脑卒中和心肌梗死血管再通治疗过程中可见外，还常常见于器官移植、低血容量休克等情况。线粒体除了作为细胞的能量工厂为细胞提供大量能量之外，还与钙平衡、细胞凋亡、活性氧簇生成、代谢物合成、激素合成等相关。我们进一步利用提纯的线粒体治疗缺血性脑卒中，并探索其可能机制。我们的研究显示提纯线粒体改善了SD大鼠脑缺血-再灌注损伤，包括行为学上的改善，以及脑梗死区域大小的改善，并且能在一定程度上延长治疗时间窗。提纯线粒体能够进入到动物脑内。线粒体对细胞缺氧-复氧损伤有保护作用；这种保护作用依赖于氧气，其机制可能是减轻了ROS水平、细胞凋亡水平，改变了细胞的代谢状态。提纯线粒体进入到细胞后与目的细胞的线粒体发生了选择性成分重组，其中一部分与目的细胞的线粒体发生了融合，另一部分则与溶酶体融合，发生线粒体自噬。定制工程细胞合成生物技术是合成生物学和细胞工程学相结合的新兴领域。我们开发出一种新型synNotch受体蛋白Apelin synthetic Notch receptors(AsNR),实现了对新生血管的特异性靶向，为细胞治疗提供了一种新策略。研发成果发表在国际重要的《Nature Communications》和《Science Advances》等杂志，并申请发明专利。研究成果获得中国细胞生物学学会干细胞分会“2020年干细胞创新奖”。