阿尔巴斯绒山羊胎儿成纤维细胞和成体干细胞的体外生长特性及表观遗传修饰模式的比较

发布时间：2020-08-10 21:14

【摘要】：体细胞核移植(somatic cell nuclear transfer,SCNT)技术是转基因新品种培育的主要技术手段,其优点是不仅可以培育家畜优良品种、有效保护濒危动物,还为细胞分化以及基因调控机制的研究提供了重要的技术手段。目前,胎儿成纤维细胞是SCNT中使用最多的核供体细胞。尽管它具有良好的增殖能力,能够用于细胞水平的基因修饰,并且利用它作为核供体细胞最终会产生成活的转基因后代。但是,它作为核供体细胞,还具有基因转染效率低、体外培养传代次数有限等缺点,这会阻碍转基因新品种的培育。存在于成体组织中的干细胞与胎儿成纤维细胞相比,具有取材方便、易培养,增殖能力强、分化程度低等优点,被广泛应用在转基因新品种的培育以及再生医学等多个领域。本研究以阿尔巴斯绒山羊胎儿成纤维细胞(Fetal fibroblast cells,FFCs)、脂肪间充质干细胞(Adipose-derived stem cells,ADSCs)、骨髓间充质干细胞(Bone marrow stromal cells,BMSCs)和肌肉卫星细胞(Muscle-derived satellite cells,MDSCs)作为研究对象,比较其多能性、增殖、凋亡相关基因的表达情况,并通过全基因组甲基化、组蛋白H3乙酰化水平及其它乙酰化位点检测,以及相关表观遗传修饰酶类的表达情况检测,系统了解胎儿成纤维细胞和成体干细胞的体外生长特性及表观遗传修饰模式的差异,为深入探究成体干细胞和成纤维细胞的生长机制及表观遗传修饰差异提供新的实验依据。同时,也为成体干细胞的应用提供新的理论基础。一、阿尔巴斯绒山羊胎儿成纤维细胞和成体干细胞的体外生长特性的比较本研究通过免疫细胞荧光、实时定量PCR及western blot比较了阿尔巴斯绒山羊ADSCs、BMSCs和MDSCs三种成体干细胞与FFCs中多能性(NANOG、OCT4、SOX2)、增殖(TERT、PCNA)、凋亡(P53、BAX)基因的表达。结果显示,NANOG、OCT4和SOX2在gADSCs、gBMSCs和gMDSCs中低表达,且与gFFCs没有明显差异;在gBMSCs和gMDSCs中TERT的表达量高于gFFCs中的表达量,而在gADSCs中的表达量则低于gFFCs;PCNA和BAX在gFFCs和gMDSCs中高表达,在gADSCs和gBMSCs中低表达;P53在gBMSCs中的相对表达量较高,而在gFFCs、gADSCs和gMDSCs中的相对表达量均较低。二、阿尔巴斯绒山羊胎儿成纤维细胞和成体干细胞表观遗传修饰模式的比较为了深入探究表观遗传机制对成体干细胞的调节作用,本研究以阿尔巴斯绒山羊FFCs为对照,分析ADSCs、BMSCs和MDSCs的表观遗传修饰模式。结果显示,gBMSCs基因组中5mC的含量低于gFFCs,而gADSCs和gMDSCs基因组中5mC的含量高于gFFCs;H3K9乙酰化水平与gFFCs没有明显差异;gFFCs、gADSCs和gMDSCs可以检测到乙酰化H3K9、H3K14、H3K18、H4K5和H4K12,但是gBMSCs几乎检测不到乙酰化H4K5和H4K12;DNMT1、DNMT3A和DNMT3B在gBMSCs和gMDSCs中的表达量较高;TET1和TET2在gFFCs、gADSCs、gBMSCs和gMDSCs中的表达量较低,而TET3表达较高且无明显差异。HDAC1、HDAC6、SIRT1、Tip60、PCAF在gADSCs、gBMSCs和gMDSCs中的表达量均高于gFFCs,但是检测不到P300表达。综上所述,由于细胞来源的组织不同,取材的个体年龄也有差异,导致三种成体干细胞与胎儿成纤维细胞在不同层面上表现出各自优势。但是,从整体水平来看,成体干细胞的胚胎干细胞特性及增殖能力明显优于胎儿成纤维细胞;从表观遗传学角度来看,成体干细胞中表观遗传修饰表达活跃,明显优于胎儿成纤维细胞。表观遗传修饰在成体干细胞中活跃表达,表明其在成体干细胞中发挥重要的调控作用。本研究结果为成体干细胞在人类医学和畜牧业等领域的应用提供了新的思考。
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S827
【图文】：

成体干细胞,可塑性,多能性,重编程

图 1.1 成体干细胞可塑性现象的可能机制[77]Fig 1.1 The possible mechanisms of plasticity in adult stem cells2 多能性、增殖、凋亡相关基因在胎儿成纤维细胞和成体干细胞中的研究.1 多能性相关基因在胎儿成纤维细胞和成体干细胞中的研究多能性（pluripotency），是指具有形成机体内超过一种类型细胞的能力。2006 日本科山中伸弥（Yamanaka）发现小鼠胚胎成纤维细胞用 Oct4、Sox2、Klf4、c-Myc 这 4 个转子可以重编程到多能性状态。这一重大发现打开了干细胞多能性和重编程研究领域的大门

示意图,示意图,组蛋白去乙酰化酶,转录抑制

图 1.5 人源 HDAC 的分类和结构域示意图[179]Fig 1.5 Diagram showing classification and domain structures of human HDACHDAC1、HDAC6 和 SIRT1 是研究最为广泛的、也是最具代表性的三种组蛋白去乙酰化酶，它们分别属于三种不同类型的 HDAC。其中，HDAC1 是哺乳动物中第一个被发现的组蛋白去乙酰化酶，属于第一类 HDAC。它与其他多种蛋白质结合形成复合物，催化组蛋白和非组蛋白的去乙酰化，是基因转录的关键调控因子。有研究报道，HDAC1 不仅可以使核小体结构发生改变，调节基因表达，还可以介导与 DNA 特异位点结合的转录抑制子的转录抑制作用[180]。此外，HDAC1 还参与调控细胞周期、增殖、分化和有丝分裂等重要的生理过程，因此其表达异常可导致细胞周期、生长、和分化等过程发生紊乱[181]。HDAC6 属于 HDAC 家族的第二类，它编码的蛋白质是整个 HDAC 家族中最大的。大部分 HDAC 都位于细胞核中，但是第二类的 HDAC 可以在细胞质与细胞核之间穿梭[175]。HDAC6 是唯一一种具有两个催化位点的去乙酰化酶，这是它不同于 HDAC 家族其它成员的一个重要特点[182, 183]。HDAC6 主

形态图,细胞的,形态,标尺

图 2.1 gFFCs、gADSCs、gBMSCs 和 gMDSCs 四种细胞的贴壁形态贴壁形态。B：gADSCs 细胞的贴壁形态。C：gBMSCs 细胞的贴壁（标尺：100 微米）ig 2.1 The adherent morphology of gFFCs, gADSCs, gBMSCs and gMDSorphology of gFFCs. B: The adherent morphology of gADSCs. C: The adhdherent morphology of gMDSCs. (Bar: 100 μm)

【参考文献】