生化所PI最新Development解析干细胞分化机制

【字体: 时间:2010年05月24日 来源:生物通

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  来自中科院上海生科院生化与细胞所的研究人员发现在小鼠胚胎干细胞神经诱导的过程中有一个对BMP抑制敏感的时间段,从而揭示了BMP信号通路在小鼠胚胎干细胞神经分化不同阶段的功能。这一研究成果公布在国际知名发育生物学期刊《Development》上。

  

生物通报道:来自中科院上海生科院生化与细胞所的研究人员发现在小鼠胚胎干细胞神经诱导的过程中有一个对BMP抑制敏感的时间段,从而揭示了BMP信号通路在小鼠胚胎干细胞神经分化不同阶段的功能。这一研究成果公布在国际知名发育生物学期刊《Development》上。

领导这一研究的是生化与细胞所景乃禾研究员,其早年毕业于南京大学,曾以访问学者身份赴日本理化学研究所进行合作研究。现任中国生物化学与分子生物学学会副理事长兼秘书长,《生理学报》、《J. Mol. Cell Biol.》编委等职务。主要研究方向是干细胞与神经发育。

小鼠胚胎干细胞(Embryonic Stem Cells,ESCs)是用于研究哺乳动物早期胚胎发育很好的体外模型。胚胎干细胞的分化调控机制研究是当前干细胞研究的热点领域之一。但小鼠胚胎干细胞的体外神经诱导是否可以很好模拟体内胚胎发育过程并不清楚。BMP信号通路在小鼠胚胎早期神经诱导过程以及小鼠胚胎干细胞的神经分化中都发挥了重要的功能。但是BMP信号通路如何发挥这些功能也不清楚。

在这项研究中,景乃禾研究组博士生张克兢、李凌宇等发现在小鼠胚胎干细胞神经诱导的过程中有一个对BMP抑制敏感的时间段。该时期的细胞对应于小鼠早期胚胎的上胚层细胞,并可通过体外培养得到上胚层干细胞。这些来源于体外培养的上胚层干细胞(ESC derived EpiSCs, ESD-EpiSCs)与来源于体内的上胚层干细胞,在基因表达、分化潜能等各方面都很相似。基于这种ESD-EpiSCs,可以将小鼠胚胎干细胞神经诱导过程分为两个阶段:从ESCs到ESD-EpiSCs阶段,以及从ESD-EpiSCs到神经干细胞阶段。进一步的研究发现,BMP信号在小鼠胚胎干细胞神经诱导的两个阶段有不同的功能:它在前一个阶段通过抑制FGF/ERK信号通路以及上调Id基因抑制了ESCs分化为EpiSCs,而在后一个阶段则通过Id等基因促进ESD-EpiSCs向非神经组织分化。

该研究是首次将小鼠胚胎干细胞神经分化分为两个不同阶段,为小鼠胚胎神经分化的体内和体外对应关系提供了重要实验证据,为深入理解信号通路在维持干细胞全能性和命运决定之间的功能转换,并为分阶段研究早期胚胎发育过程的其他重要信号通路提供了一个全新的体外研究模型。

景乃禾研究组在今年2月还在《Cell Research》上发表文章,揭示了一个新的组蛋白去甲基化酶KIAA1718(KDM7A)在胚胎干细胞神经分化过程中的重要调控功能,这不仅加深了人们对组蛋白去甲基化酶生物学功能的认识,也为胚胎干细胞分化过程表观遗传调控机制的研究提供了重要线索。

胚胎干细胞神经分化中组蛋白去甲基化酶的功能是干细胞表观遗传研究领域的研究热点。表观遗传调控,特别是组蛋白修饰在胚胎干细胞神经分化过程中起着十分重要的作用。然而人们对这一分化过程中组蛋白去甲基化的调控机制,及其与细胞信号通路的相互作用并不清楚。

在这篇文章中,研究人员发现了一个新的含有JmjC结构域的蛋白质KIAA1718 (KDM7A),该蛋白能够特异地去除组蛋白3尾部的第9位和第27位赖氨酸上的二甲基 (H3K9me2,H3K27me2)。进一步的研究发现,在所有已知的组蛋白去甲基化酶中,KDM7A的表达在胚胎干细胞向神经干细胞分化过程中有最明显的上调。这一研究成果不仅加深了人们对组蛋白去甲基化酶生物学功能的认识,也为胚胎干细胞分化过程表观遗传调控机制的研究提供了重要线索。

(生物通:万纹)

作者简介:

景乃禾

研究员,常务副副所长,研究组长,博士生导师
Lab Webpage: http://10.10.72.1/s308/

电话:54921381
E-mail: njing@sibs.ac.cn


个人简介:
1978-1982年,南京大学化学系,获理学学士学位。1982-1988年,中科院上海生物化学研究所研究生,获理学博士学位。1989-1991年,日本理化学研究所博士后研究。1992-1993年,以访问学者身份赴日本理化学研究所进行合作研究。1995年,以访问学者身份在法国Strasbourg的遗传与分子细胞生物学研究所(IGBMC)进行合作研究。1996-1997年,以访问学者身份在德国Geottingen之马普生物物理化学研究所进行合作研究。2000年,以访问教授身份赴日本熊本大学进行合作研究。2003年,以访问教授身份赴日本大阪大学进行合作研究。现任中国生物化学与分子生物学学会副理事长兼秘书长;中国细胞生物学学会理事;上海生物化学与分子生物学学会理事长;中国神经科学学会神经化学专业委员会主任委员。《生理学报》、《J. Mol. Cell Biol.》编委和《Neuroscience Bulletin》常务编委。

研究方向:干细胞与神经发育

研究工作:
大脑发育与脑功能的分子和细胞机制。大脑是生物体内最复杂的器官之一,而这一复杂系统是由胚胎发育早期的神经干细胞发育分化而来的。因此,研究神经干细胞发生和神经元发育分化的分子机制,将有助于加深人们对大脑是如何形成的这一问题的认识。同时,在分子水平上研究脑重要功能相关基因,将有助于加深人们对大脑是如何工作的这一问题的认识。目前从事的主要研究工作有:

(1)以胚胎干细胞(ES)和多潜能P19细胞的体外神经分化为模型,研究多潜能干细胞神经命运决定过程中FGF、BMP和WNT信号通路间的调控网络。
(2)以鸡胚神经发育为模型,研究在神经发生过程中神经元和胶质细胞命运决定的分子机制。
(3)小鼠巢蛋白基因表达调控的分子机制。
(4)脑功能及神经系统疾病相关基因的筛选、鉴定及功能研究。

 

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