【摘要】：端粒對于細胞保持染色體的穩(wěn)定性和分裂能力有著重要的作用。在人類退行性疾病的發(fā)生中,端粒酶的活性降低或者缺失所導(dǎo)致的細胞端粒的逐漸縮短產(chǎn)生了非常重要的影響。體細胞重編程作為一種可能的再生醫(yī)療的手段,未來將對退行性疾病的臨床治療產(chǎn)生重要的影響。體細胞核移植(Somatic cell nuclear transfer, SCNT)和誘導(dǎo)型重編程(Induced pluripotent stem cell, iPS)是體細胞重編程最主要的兩種技術(shù)。然而這兩種技術(shù)重編程具有端粒功能障礙及相關(guān)病癥的供體細胞的能力還有待探索。 端粒延長對體細胞重獲多能性有重要的意義。iPS細胞誘導(dǎo)過程中端粒酶是端粒延長的主要機制。iPS細胞誘導(dǎo)過程中端粒延長十分緩慢,iPS細胞在建系后還需要數(shù)代的細胞傳代才能使端粒長度達到與胚胎干細胞相似的水平。最近的研究表明在iPS細胞誘導(dǎo)過程中過表達早期胚胎重編程因子Zscan4可顯著提高iPS細胞端粒的延長效率和iPS細胞的誘導(dǎo)效率,同時顯著提高所獲得的iPS細胞的分化潛能。SCNT技術(shù)利用卵母細胞的重編程因子進行體細胞重編程,而iPS技術(shù)則利用的是有限的幾個重編程因子。因此SCNT技術(shù)重編程具有端粒功能障礙及相關(guān)病癥的供體細胞的能力有可能比iPS技術(shù)更強。本研究利用端粒酶敲除(Terc-/-)小鼠作為模型來驗證這個推測。第三代Terc-/-小鼠表現(xiàn)出明顯的與端�？s短相關(guān)的缺陷,主要表型有體型減小、壽命縮短,以及很多重要的器官如小腸、脾臟發(fā)生提早萎縮。本研究分別建立了來自第二代(Generation2, G2)和第三代(Generation3, G3) Terc-/小鼠的核移植胚胎干細胞(Nuclear transfer embryonic stem cells, ntESCs)和誘導(dǎo)型多能干細胞(Induced pluripotent stem cells, iPSCs)。與Terc-/-iPSCs相比,Terc-/-ntESCs表現(xiàn)出更強的分化能力和自我更新能力。實驗結(jié)果表明在端粒酶缺失的情況下核移植克隆胚胎的發(fā)育過程中端粒有顯著的延長,而在iPSCs誘導(dǎo)過程中端粒的長度沒有顯著的變化。G3Terc-/-ntESCs的端粒功能較來源的體細胞有明顯的改善,而G3Terc-/-iPSCs的端粒功能較來源的體細胞發(fā)生了進一步的損傷,表現(xiàn)為極短端粒和染色體末端連接的比例增加。此外,G3Terc-/-iPSCs的線粒體功能也發(fā)生了進一步的損傷。G3Terc-/iPSCs的線粒體呼吸能力下降,細胞內(nèi)積累了大量的活性氧并導(dǎo)致線粒體基因組的突變頻率增加。而在G3Terc-/-ntESCs中,這些線粒體的功能缺陷是有明顯改善的。有趣的是,G3Terc-/-iPSCs的線粒體功能異常不是由PGC-1α的表達抑制引起的。但是在G3Terc-/-iPSCs的分化過程中,PGC-1α的激活被抑制影響了線粒體的成熟。而在G3Terc-/-ntESCs的分化過程中,PGC-1α的表達升高足以使細胞內(nèi)的線粒體分化為成熟的線粒體。 以上的實驗結(jié)果表明在端粒酶缺失的情況下,核移植技術(shù)能激活不依賴于端粒酶的機制進行端粒延長,并且能顯著改善線粒體功能缺陷。因此核移植技術(shù)重編程有端粒和線粒體功能缺陷的供體細胞的能力比誘導(dǎo)型重編程技術(shù)更強。將來的研究可利用核移植技術(shù)發(fā)現(xiàn)新的重編程因子,從而優(yōu)化現(xiàn)在的誘導(dǎo)型重編程技術(shù),并且提高來自端粒和線粒體功能異常的病人的iPSCs的質(zhì)量。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R321

【共引文獻】

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本文編號：2748470