猪诱导多能性干细胞系建立及改善其多能性研究

【摘要】多潜能干细胞具有多向分化能力,在人类疾病治疗、药物筛选以及实现基因编辑动物等方面具有非常重要的应用价值。猪既是重要的肉用家畜,又是潜在的重要生物医学模型动物。因此猪多潜能干细胞研究长期以来一直是继小鼠和人干细胞之后最重要的干细胞研究对象。但是,在近二十年的研究中,研究人员没有获得一株真正意义上的猪多潜能干细胞。在2006年底,诱导多能性干细胞(inducedpluripotentstemcells,iPSCs)技术的出现给猪的多能性干细胞的建立带来了新的希望。但现有的研究发现,猪诱导多能性干细胞(piPSCs)虽然能够建立,但是仍面临着几大问题：(1)猪iPSCs的多能性状态的维持需要外源基因的持续表达；(2)猪iPSCs不能够获得到期的核移植胎儿;(3)猪iPSCs的多能性的判断。上述这些问题制约着猪iPSCs的应用,为了解决这些问题,我们进行了以下探索：(1)以Yamanaka经典四因子为基础体系,转录因子Nr5a2和Tbx3对猪iPSCs多能性的提升作用；(2)Nr5a2和Tbx3改变猪iPSCs多能性的机制；(3)利用减少转录因子的方法是否可以建立猪iPSCs；(4)源头细胞与猪iPSCs诱导效率的关系。经过对上述内容的研究,结果显示：(1)经典四因子添加Nr5a2和Tbx3转染后,猪iPSCs(6FpiPSCs)诱导效率显著高于经典四因子猪iPSCs(4FpiPSCs)。同时,6FpiPSCs和小鼠胚胎干细胞(mouseembryonicstemcells,mESCs)比较类似,而4FpiPSCs和人胚体干细胞(humanembryonicstemcells,hESCs)比较类似；6FpiPSCs能够形成拟胚体,表达多能性标记Oct4、Sox2和Nanog,可以形成畸胎瘤并具有三胚层分化能力；6FpiPSCs支持单细胞消化传代,雌性细胞系中两条X染色体均呈激活状态,Lif信号通路相关基因高量表达。(2)RHO-ROCK-MLC信号通路在4FpiPS中呈激活状态,而在6FpiPS中为抑制状态,Nr5a2和Tbx3被证明是抑制6FpiPS中RHO-ROCK-MLC信号通路的主要原因；6FpiPS中RHO-ROCK-MLC信号通路的抑制,促进了piPS单细胞消化后E-cadherin的建立,,从而使得6FpiPSCs能进行单细胞消化传代,而4FpiPS中RHO-ROCK-MLC信号通路呈激活状态,因此抑制了piPS单细胞消化后E-cadherin的建立,故无法进行单细胞传代。(3)将Oct4,Sox2,Klf4,c-Myc,Nr5a2和Tbx3进行了两因子和单因子组合用于诱导piPSCs,结果发现OM、MN、SM和ON四种组合可以诱导源头细胞形成克隆,但是四种细胞系均不能进行长期传代培养。(4)不同个体来源的猪胎儿成纤维细胞用于piPSCs诱导时,其诱导效率差异显著,同样的细胞用于核移植(nucleartransfer,NT)时,核移植胚胎的囊胚发育率同样呈现显著差异,iPS诱导效率与核移植胚胎囊胚发育率在不同源头细胞间呈正相关。上述研究结果表明：(1)Nr5a2和Tbx3的共同表达能够提高猪iPSCs的诱导效率；(2)在经典四因子基础上,添加Nr5a2和Tbx3能够获得类似小鼠胚胎干细胞的猪iPSCs,如形态,传代方式,增殖速率和Lif信号通路激活；(3)Nr5a2和Tbx3通过抑制RHO-ROCK-MLC信号通路提高猪iPSCs单细胞消化后的活力；(4)获得了减少转录因子组合OM、ON、SM、MN短期传代的细胞系和单独转染Nr5a2的克隆；(5)来源于不同个体的PEF的iPSCs诱导效率不一样,并且与其核移植效率具有正相关性；(6)猪iPSCs核移植效率低的原因可能是由于piPSCs-NT胚胎不能迅速沉默外源基因导致的。
【作者】王健宇；
【导师】刘忠华；
【作者基本信息】东北农业大学，生物化学与分子生物学，2014，博士
【关键词】猪；诱导多能性干细胞；核移植；Tbx3；Mr5a2；ROCK；

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