人类上胚层不同多能性状态的研究

有证据显示从小鼠上胚层发育不同时段可以获得两种不同多能性状态的干细胞，原始多能性的胚胎干细胞（mESCs）和初始分化状态的上胚层干细胞（mEpiSCs）。人胚胎干细胞（hESCs）虽然来源于种植前的囊胚内细胞团，其生物学特性却更类似于mEpiSCs。在外源基因的影响下hESC可以被重编程为类mESC的多能性状态，但是目前的培养体系还不能单独支持该状态的出现。尚不明确的是：人类上胚层是否存在两种多能性状态？其不同多能性状态维持的机制与小鼠有何差别？能否直接分离原始多能状态的hESCs？本研究拟首先利用X染色体失活标记免疫组化染色以及多能性基因的PCR检测来分析早期胚胎上胚层的多能性状态变化，确定其多能性改变的时间点，然后分离不同多能性状态细胞进行基因表达谱分析，明确不同多能性状态维持的分子机制，以寻找维持不同多能性状态的关键因子，改进现有的培养条件，期望获得类mESCs多能性状态的hESCs

从小鼠不同发育时段的上胚层可以获得两种不同多能性状态的干细胞，即来源于植入前囊胚早期上胚层的原始多能性干细胞（mESCs）以及来自于植入后胚胎晚期上胚层的始发态多能性干细胞（mEpiSCs），人胚胎干细胞（hESCs）的生物学特性与mEpiSCs更接近。2013年12月，Hanna不依赖于转基因操作，仅依靠改变培养条件获得了首株类mESCs的原始多能性hESCs，证明来源于植入前囊胚内细胞团的人胚胎干细胞（hESCs）也可以分离出两种不同多能性状态的干细胞，提示在人类上胚层发育过程中也可能存在两种多能性状态，体外培养环境的不同导致最终分离的hESCs具备不同的多能性特征。这种新建立的原始多能性hESCs体外培养条件与mESCs的培养条件不尽相同。有待明确的是：新建立的原始多能性hESCs能否代表真正基态的原始多能性，还是适用外在培养环境的产物？如果能够反映其来源组织的多能性状态，那么人类上胚层不同多能性状态维持的机制与小鼠有何差别？这种差异对新分离的原始多能性hESCs生物学特性有何影响？.本研究首先改良文献报道的原始多能性干细胞培养条件，对已建系的hESCs进行多能性转化，评估转化后hESCs的多能性特征，并尝试利用该培养体系建立新细胞系。同时以X染色体失活作为一个主要标记，对hESCs早期分离过程的细胞进行H3K27me3染色和多能性基因的PCR分析。结果表明：.1. 改良的原始多能性干细胞培养条件能使现有hESCs具备部分原始多能性特征，也能建系，但是与mESCs之间存在多能性基因的表达差异；.2. 女性胚胎上胚层细胞在建系早期经历了XCI的动态变化，并伴随有多能性基因的表达改变；.3. 初始期（< 5代）hESCs拥有一条随机失活的X染色体，而随着培养的进行，早期hESCs中的失活模式转变成了完全的偏斜失活模式。.结论：以上结果初步验证了胚胎来源的上胚层具有原始多能性向始发态多能性转变的过程，但如何获得更符合体内状况的原始多能性干细胞仍有待改进。