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胚胎干細胞的定向誘導分化機制 [復制鏈接]

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樓主
發表于 2010-11-30 19:35 |只看該作者 |倒序瀏覽 |打印
自1981年英國的evans等從小鼠囊胚的內細胞團(inner cell mass,icm)分離建立胚胎干細胞(embryonic stem cells,es細胞)以來,es細胞的研究就一直是各國研究的熱點。近兩年,es細胞分化誘導以及調控方面的研究取得了很多重要的進展,已從es細胞誘導出神經細胞、心肌細胞、血管和內皮細胞等。利用es細胞的定向分化可望在基因研究、細胞治療和組織器官替代治療等的研究中發揮重要作用。
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  1  es細胞定向分化的調節機制
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    自1988年發現了白血病抑制因子能抑制es細胞分化后,人們就開始研究其定向分化,通過將外源基因轉入es細胞研究其表達及微環境對細胞分化的影響,認為es細胞的分化受內源性因素和外源性因素的共同調節。分化機制如下。$ V$ U. f/ z$ K( d) @/ P
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    1.1  內源性影響因素  內源性因素即不同基因在不同時間和空間的開啟和關閉及各種轉錄因子等。從分子水平來看,es細胞分化的本質問題是基因表達調控。
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7 a- A0 a# q, [  e& T: ~& ?    1.1.1  基因的差異表達  在個體發育中,基因按照一定程序,有選擇地相繼活化的現象稱為基因的差異表達。在胚胎發育過程中所以能相繼分化出各種新類型細胞,就是由于相關基因相繼活化而合成特異蛋白質的結果。cross等〔1〕研究證明細胞定型時是通過強化某些基因的表達并抑制另一些基因的表達來形成某個單一譜系所特有的基因表達型。如缺乏干細胞白血病轉錄因子的es細胞不能分化為血細胞和內皮細胞共同的前體細胞。
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    1.1.2  基因的不同表達水平  有些基因如oct-4基因和nanog基因等在體內通過不同的表達水平來調控es細胞的分化。
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    1.1.2.1  通過oct-4基因的不同表達水平調控es細胞分化  oct-4基因是es細胞的一個特異標志分子。oct-4是一種調節性基因,它的職責是控制其他基因的表達。無論是在體內還是體外,oct-4基因只在全能或多能性細胞如es細胞和eg細胞中表達。oct-4基因的敲除使小鼠胚胎不能形成icm,而完全由滋養外胚層組成,并在植入時死亡。rna干擾實驗顯示oct-4表達下調引起es細胞分化,形成滋養層或內胚層,說明oct-4基因在維持胚胎細胞的發育全能性和es細胞不分化狀態的調節中起著重要的作用。niwa等〔2〕研究發現,oct-4不同的表達水平指導es細胞的3種不同命運,即oct-4表達上調2倍使es細胞分化為原始內胚層細胞,oct-4表達下調使es細胞分化為滋養層細胞,oct-4表達水平不變才能使es細胞維持不分化狀態。因此,oct-4被視為多能細胞發動、維持及分化的主要候選調控因子。
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/ ~9 \% a" b7 X* r% B- r* F    1.1.2.2  nanog基因維持es細胞的不分化狀態  近年來在確定維持es細胞不分化狀態相關基因方面最大進展也許是nanog基因的發現〔3〕。nanog基因僅在es細胞中特異表達,在分化的es細胞和體細胞中不表達;nanog基因缺陷的es細胞失去多能性,開始分化;導入了nanog基因的es細胞株在lif拮抗劑存在時仍能保持30%的不分化es細胞。nanog在桑葚胚等全能胚胎中不表達,僅在囊胚期的icm中表達,之后限制在晚期囊胚的外胚層表達,胚胎植入后nanog的表達迅速降低。體內實驗還表明nanog基因缺陷的胚胎僅包括一些不能辨認的胚外組織,而沒有外胚層或胚外外胚層。這些結果提示nanog是oct-4基因啟動后維持內細胞團全能性所必需的。nanog的作用機制目前尚不清楚。nanog基因只在es細胞中發揮作用,在其他干細胞中則處于休眠狀態,如果能夠找出某種方法激活該基因,成體干細胞也許就能再次成為es細胞。) {, |* l3 |  j% ~
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    1.1.3  奢侈基因  某些基因對細胞自身生存并無直接影響,不是必需的,但卻決定著細胞向特殊類型分化的物質基礎。如編碼肌細胞肌球蛋白的基因,編碼結締組織的膠原蛋白的基因等。michael等〔4〕利用心肌細胞-肌球蛋白重鏈的啟動子轉染es細胞,結果獲得了99%的心肌細胞。
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# v$ t6 i% ~1 p: G* a    1.1.4  拯救因子和免疫“豁免”特權  研究人員發現es細胞能夠分泌出特殊的“拯救因子”來逆轉小鼠的致死性的先天缺陷。盡管很少有干細胞真正長成健康的心臟組織,但研究人員發現干細胞能夠分泌出特殊的分子,這些分子能發出信號給臨近的心臟細胞從而修復先天缺陷器官的功能。另一個研究成果表明人類es細胞具有獨特的免疫“豁免”特權。實驗證實在小鼠活體內移植的未分化人類es細胞不會引起移植排斥的特定免疫反應,這項研究對人類es細胞移植治療具有重要意義。
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    1.1.5  細胞質在細胞分化中的作用  細胞質對es細胞的分化方向起決定性作用。調節基因差異表達的物質存在于細胞質中。每個子細胞所繼承細胞質的差異決定了各子細胞沿特定的方向分化。4 b' W& R& D3 N$ }) q: ~3 {" d7 [! P
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    1.2  外源性因素  外源性因素指細胞間的分化誘導、分化抑制作用及細胞外物質的介導作用等。細胞內基因表達的調控作用是es細胞發生分化的決定因素。但細胞所在的環境條件對es細胞的分化也有重要影響。
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6 w! V7 o$ o& O    1.2.1  細胞間的分化誘導  細胞間的分化誘導是指一部分細胞對鄰近細胞產生影響,并決定鄰近細胞分化方向及形態發生的過程。誘導分化的機制還不清楚,可能與信號傳導有關。如:hes細胞與鼠骨髓基質細胞系s17細胞或卵黃囊內皮細胞系c166細胞共培養,在添加胎牛血清的條件下,hes細胞可分化為cd34+的造血祖細胞。6 `) N/ i( G) W0 i

: c8 @8 P- `! X& `, l+ e    1.2.2  細胞間的分化抑制  細胞間的分化抑制是指在胚胎發育中,已分化的組織細胞產生抑素,抑制鄰近細胞進行同樣分化以避免相同的器官重復發生或過度發育。如:把發育中的蛙胚置于含成體蛙腦碎片的培養液中一起培養,胚胎則不能發育成正常腦。
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2 q5 U: Z5 O% e+ T( l: k: i+ ^2 L    1.2.3  細胞外物質的介導作用  細胞外物質的介導作用分近距離與遠距離兩種,起近距離介導作用的主要是細胞外基質與黏附分子,起遠距離介導作用的主要是激素與細胞因子等。目前研究最多的是生長因子,生長因子可誘導hes細胞在體外分化,但沒有一種生長因子能誘導hes細胞定向分化為一種特定細胞。生長因子僅僅是增加某一種類型細胞的相對數量。schuldiner等〔5〕研究了8種生長因子對hes細胞的誘導分化作用,發現:苯丙酸諾龍和轉化生長因子β1主要誘導中胚層細胞形成;維甲酸、血管內皮生長因子、骨形態生成蛋白4和堿性成纖維生長因子主要誘導外胚層和中胚層細胞的形成;神經生長因子主要誘導三胚層所有細胞的形成。
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* d, S# L3 @  W) h1 T% C  2  es細胞誘導分化的一般方法
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    es細胞的誘導分化是目前研究的熱點,人們通過不同的途徑來實現這個目的。目前主要包括:外源性生長因子誘導es細胞分化、轉基因誘導es細胞分化、通過將es細胞與其他細胞共培養的方式誘導es細胞分化等。
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, @4 o" G# R6 v* p    2.1  外源細胞生長因子誘導es細胞分化  在體外誘導es細胞分化方面,對細胞因子誘導法研究的最為廣泛和深入,獲得的研究成果到目前為止也最多。體外培養下,es細胞對細胞因子具有依賴性。培養過程中添加或撤除某一種或某些細胞因子可指導es細胞的增殖或分化。目前在發育學方面研究比較深入的誘導因子主要有:維甲酸(retinoic acid,ra)、骨形態發生蛋白(bone morphogenetic proteins,bmps)、成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factors,fgfs)等。利用細胞因子誘導es細胞朝一定方向分化時,一般采用分階段的辦法,即先得到類胚體(embryoid bodies,ebs),再在ebs的基礎上進一步誘導使其分化為目的細胞。在各階段添加的細胞因子不同,具體表現為細胞因子種類、濃度或組合的不
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發表于 2010-11-30 19:39 |只看該作者

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藤椅
發表于 2010-11-30 19:40 |只看該作者

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板凳
發表于 2015-6-1 10:27 |只看該作者
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每天早上起床都要看一遍“福布斯”富翁排行榜,如果上面沒有我的名字,我就去上班……  

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報紙
發表于 2015-6-8 09:35 |只看該作者
感謝黨和人民的關愛~~~  

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地板
發表于 2015-6-19 17:13 |只看該作者
終于看完了~~~  

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發表于 2015-6-20 19:43 |只看該作者
既然來了,就留個腳印  

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發表于 2015-7-3 14:27 |只看該作者
這個貼好像之前沒見過  

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發表于 2015-8-3 20:51 |只看該作者
真是佩服得六體投地啊  

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發表于 2015-8-23 01:41 |只看該作者
頂頂更健康,越頂吃的越香。  
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