【摘要】：小鼠胚胎干细胞系(embryonic stem cells,ESCs)按照其来源和特征总体可分为原始态(na(?)ve)和激发态(primed),它们在表观遗传、转录调控、分化潜能等方面有不同的特性。干细胞的同质性以及稳定性对其应用具有重大意义,而目前的小鼠胚胎干细胞系仍未达到这一要求。所以对调控和维持胚胎干细胞多能性的细胞通路进行深入探索,探究化学成分明确的胚胎干细胞培养条件,继而得到特性稳定的、发育潜能更广的、能够应用的胚胎干细胞系成为了胚胎干细胞研究领域的新方向。我们之前的研究利用添加四种因子(激活素Activin A,骨形态形成蛋白BMP4,小分子CHIR99021,白血病抑制因子LIF:ABC/L)的化学成分明确的培养体系成功地将小鼠na(?)ve ESCs(2i/L-ESCs)转变为功能扩展的胚胎干细胞es ASCs。与2i/L-ESCs相比es ASCs获得了更强的发育潜能。我们也利用ABC/L培养体系将primed上胚层胚胎干细胞(Epi SCs)转变为epi ASCs。但目前还没有利用ABC/L培养体系直接培养囊胚建立ASCs的实验结果。在这里,我们首先利用ABC/L培养体系建立小鼠新型胚胎干细胞系,其次用不同的小分子组合尝试建立奶山羊诱导多能性干细胞系,实验结果如下:一、利用ABC/L培养体系建立新型胚胎干细胞我们将带有GOF/GFP标记的小鼠囊胚(E3.5)内细胞团培养于ABC/L培养液,成功地建立了能够稳定传到40代以上的细胞系,并将其命名为blASCs。

blASCs呈碱性磷酸酶染色(AP染色)阳性,染色体数目稳定,多能性标记基因Oct4,Sox2,Nanog均有表达。在基因表达模式上与添加血清培养的ESCs(S/L-ESCs)相似。从发育时序上看,blASCs处于2i/L-ESCs和Epi SCs之间,处于小鼠胚胎发育阶段的E5.5天左右。我们将blASCs单细胞注射入小鼠8细胞胚胎,将其移植后在第10天(E10.5)观察到td Tomato阳性的blASCs可以嵌合至胚胎、卵黄囊和胎盘迷路中,且红色荧光信号非常强。嵌合效率与之前的es ASCs相近。二、建立能够稳定传代的奶山羊诱导多能性干细胞系(iPSCs)我们用piggybac+TET-on系统的质粒诱导奶山羊体细胞重新编程。在四种不同的诱导体系中确定了8f+s Large T的诱导组合,成功建立了奶山羊诱导多能性干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)。奶山羊iPSCs核型正常,可以稳定传代30代以上,AP染色呈阳性或杂合状态,内源多能性基因表达水平较高。之后我们参考ABC/L培养体系,在M15+DOX基础培养液中添加了五种细胞因子的组合,分别培养奶山羊iPSCs。

结果显示,除了Activin A+CHIR99021组合以外,其他组合均能够维持奶山羊iPSCs的克隆形态。其中Activin A+b FGF和LIF+b FGF的组合AP染色呈阳性。三、建立不依赖外源多能性基因的i PCSs在初步探索了维持奶山羊iPSCs多能性的细胞通路之后,我们尝试撤除奶山羊iPSCs外源多能基因的表达,结果显示,在去除DOX第2-3天,克隆开始分化。根据之前实验的结果和已有的大动物多能干细胞系相关文献以及小鼠ASCs的培养体系,我们设计了近50种去除DOX的培养体系,对奶山羊iPSCs进行培养,最终我们在添加bFGF和IWR1的组合中得到一个可以维持培养和传代的奶山羊iPSCs细胞系。该细胞系表达多能基因Oct4和Sox2,但同时也表达内胚层分化相关的Gata4和Gata6。Q-PCR分析显示,这一细胞系内源多能基因Oct4,Sox2,Nanog与成纤维细胞相比表达升高。另外,在去除DOX培养体系测试中我们发现了呈单层细胞的泡状克隆,泡状克隆随着培养时间的延长可以脱离饲养层细胞并漂浮于培养液中,呈类似囊胚状。泡状克隆也可以传代和增值,随着培养时间的延长其中一部分也可以贴壁并在饲养层细胞上呈片状生长。

泡状克隆和贴壁后的片状克隆中,细胞体积较大,呈多边形,形态类似滋养层干细胞(TSCs)。AP染色显示,泡状克隆和贴壁后的片状克隆均呈阳性。免疫荧光染色结果显示,泡状克隆的细胞有多能基因OCT4,SOX2的表达,同时也有TSCs相关的EOMES,CDX2和GATA4的表达。因为在形态上与TSCs类似,在蛋白水平上检测到TSCs标志基因的表达,所以我们初步将这些细胞命名为滋养层干细胞样细胞(goat induced TS-like cells,gi TSLCs)。我们得到的gi TSLCs为外源基因表达沉默的情况下依赖自身内源基因的激活可以进行传代的gi TSLCs。但还需要更进一步的生物学特性和分子生物学的分析以确定细胞类型。综上所述,本研究利用化学成分明确的ABC/L培养体系成功建立了小鼠囊胚来源的功能扩展的胚胎干细胞系blASCs。又成功建立了奶山羊iPSCs,并以小鼠ABC/L培养体系为指导进行了奶山羊iPSCs的多能性相关信号通路的分析,尝试得到激发内源多能性的奶山羊iPSCs细胞系,并在此过程中初步建立了奶山羊诱导滋养层干细胞样细胞系giTSLCs。