基因组编辑技术——后基因组时代生命科学研究的助力器

1953年，沃森和克里克发现了DNA双螺旋结构，不仅探明了DNA分子的结构，而且提示了DNA复制的分子机制，“生命奥秘”的黑匣子从此被打开，开启了生命科学研究的新时代——分子生物学时代。之后的几十年中，人们好奇于揭秘人自身的遗传密码。21世纪初，随着人类全基因组测序的完成，生命科学研究进入了一个以揭示基因功能为目的的后基因组时代，而在这一时代，基因组编辑技术毫无疑问成为了重要的研究工具和手段。

细胞外基质与肿瘤相关成纤维细胞

肿瘤的发生发展是一个肿瘤细胞与其微环境相互促进,共同演化的动态过程.实体肿瘤的发生发展过程伴随细胞外基质的过量沉积及其组织形式的异常以及成纤维细胞的活化和富集.细胞外基质与肿瘤相关成纤维细胞不仅是实体肿瘤的重要病理特征,同时也是恶性肿瘤发展的重要驱动力量.细胞外基质与肿瘤相关成纤维细胞通过多种机制促进了肿瘤的发生、发展和转移.针对细胞外基质与肿瘤相关成纤维细胞进行肿瘤治疗,可以为肿瘤的临床治疗提供新的思路.

早期胚胎细胞谱系研究--揭示生命发育早期的黑盒子

哺乳动物的早期胚胎发育,通过多个层次的细胞命运决定,建立了胚胎器官发生、形态建成的整体发育蓝图,是生命体最重要的分子事件之一。早期胚胎发育过程伴随了全能性的维持和分化,以及各种多能干细胞命运的次序决定,任何发育进程上的缺陷都会对整个胚胎个体产生深远的影响。因此,研究早期胚胎谱系建立的过程、不同胚层和组织前体细胞的命运决定及其发生与发展的调控机制,不仅仅是面对国家人口政策的变化以及优生优育的需求,预防和减少早期发育疾病,还能够指导胚胎干细胞及各种多能干细胞的分化和进一步转化医学应用,因而具有极其重要的生物学意义。

程序性细胞坏死在疾病中的研究进展

细胞坏死自从被发现具有严格的"程序性调控"特征以来,其信号转导机制以及相关疾病机理引起了学术界广泛关注并展开大量研究。程序性细胞坏死(necroptosis)是一种不同于凋亡及传统坏死的新的细胞死亡方式,主要由肿瘤坏死因子受体(tumor necrosis factor receptor, TNFR)家族或Toll样受体(Toll-like receptor, TLR)家族调控启动。死亡受体被激活之后,与受体蛋白相互作用的两个蛋白激酶RIP1(receptor interacting protein kinase 1)和RIP3被激活,进而招募RIP3的底物MLKL(mixed lineage kinase domain-like protein)并催化它发生磷酸化,磷酸化的MLKL发生寡聚化转位到质膜上,引起膜通透性的改变,最终实现坏死的发生。细胞坏死是一种促炎性的程序性细胞死亡方式,其过程中伴有大量细胞内容物的释放。如损伤相关的模式分子(damage associated molecular patterns, DAMP)的释放,会激活机体的免疫应答,因此其广泛参与到各种疾病的病理生理过程中,包括神经退行性疾病、感染性炎症性疾病、缺血再灌注损伤、肿瘤发生及转移等。细胞坏死抑制剂有望被应用于对这些疾病的干预来改善患者病情及预后。该文将详细阐述程序性细胞坏死在胚胎发育、组织稳态、炎症相关疾病、肿瘤、神经系统相关疾病等疾病中的作用,并对其在临床治疗中的应用进行回顾及展望。

体细胞重编程:回顾与进展——2012年诺贝尔生理学或医学奖相关研究成果简介

体细胞重编程是指分化的体细胞通过特定的方法被逆转到多能性或全能性状态的过程。目前为止,体细胞的有效重编程主要可以通过两种方法来获得,那就是核移植以及诱导多能干细胞。体细胞重编程所获得的多能干细胞具有巨大的分化潜力,因此这一研究将为人类健康以及再生医学领域带来巨大的革命。今年的诺贝尔奖颁给了英国的Gurdon和日本的Yamanaka,以表彰他们两人对体细胞重编程领域的卓越贡献。Gurdon通过核移植技术最先证明了已分化的体细胞仍然具有重编程为多能干细胞并且进一步发育为完整个体的潜力,同时卵母细胞中便存在有重编程因子;Yamanaka则创立了诱导多能干细胞系统,通过超表达几个关键因子建立了更加简单有效地将体细胞诱导为多能干细胞的方法。对体细胞重编程的发现以及研究进展进行一个综述,并对其应用以及仍然存在的问题进行一些探讨。

中胚层细胞谱系研究

深入认识中胚层细胞谱系产生和发育分化过程有助于体外获得大量可用于移植的、有功能的中胚层来源成体干细胞,为基础科学和再生医学治疗提供理论指导。中国科学院战略性科技先导专项"干细胞与再生医学研究"项目内的中胚层研究,以肌肉和血液两个中胚层来源细胞谱系决定为切入点,探讨中胚层细胞谱系在发育分化过程中的重要功能和调控机制,建立成体干细胞体外扩增培养体系,为中胚层来源干细胞的自我更新、迁移增殖和定向分化研究提供重要的理论基础,并为中胚层系统疾病提供治疗靶点和细胞来源。现将对先导项目启动五年来开展的研究内容及其取得的研究成果进行介绍。

CRL E3泛素连接酶复合体研究进展

Cullin-Ring Ligase(CRL)是一大类E3泛素连接酶复合体的统称。它们有着相近的结构,都由Cullin骨架蛋白、Ring结构域蛋白Rbx1或Rbx2以及底物识别亚基几个部分组成,所包含Cullin骨架蛋白的不同决定了CRL不同的构成与功能特点。经过近20年的研究,对CRL功能和调控机制的理解已取得了很大的进展,该文拟对CRL的研究现状进行简单介绍。

不同年龄小鼠精原干细胞系的建立

精原干细胞（spennatogonial stem cells，SSCs）是雄性动物体内能进行终生自我更新并能将亲代基因遗传给予子代的一类细胞。不同年龄段的小鼠有不同的建系方法。6-7d幼鼠，可以用差异贴壁或直接贴壁法；5-6周成年鼠，一般采用差异贴壁法；31周老年鼠，最好种于饲养层细胞上。通过对精原干细胞系的甲基化和特异基因分析以及睾丸体内移植验证分析，成功建立了具有功能的不同年龄段的小鼠精原干细胞系。

Hippo信号通路与心血管发育及疾病调控

心血管疾病已成为中国乃至全球首位死亡原因,探索心血管系统发育及调控异常的原因及相关机制可以为心血管疾病的预防和治疗提供重要的科学依据。Hippo信号通路是新近发现的在调节器官大小、细胞增殖及凋亡、干细胞命运等方面具有重要功能的一条信号通路。Hippo信号通路的不同成分参与心脏血管的发育和心血管细胞增殖、分化等功能调控,影响损伤后修复及再生等过程,该通路调节异常可引起心血管疾病,如心梗、心肌肥大、血管内膜增生、动脉硬化等。本文综述了Hippo信号通路对心血管系统发育和疾病调控的相关研究及最新进展,以期为Hippo通路在心血管疾病的发病机制及临床转化研究提供潜在的理论基础。

CRISPR-Cas9技术在干细胞中的应用

成簇规律间隔短回文重复序列系统(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats,associated RNA guided endonuclease Cas9(CRISPR-Cas9)是细菌或古细菌在长期演化过程中形成的抵御外来遗传物质的一种获得性免疫防御机制,其中II型CRISPR-Cas系统依赖Cas9核酸内切酶靶向剪切外源DNA。Cas9内切酶在向导RNA的指导下靶向性地剪切特定基因位点,已被广泛应用在不同种属的基因编辑研究中。利用CRISPR-Cas9基因编辑系统的优势,结合现有干细胞研究技术,在小鼠、大鼠,甚至灵长类动物的功能基因组研究中,可以大幅提高各种基因修饰动物的获得效率,缩短获得的时间,从而快捷有效地研究基因功能;同时,可以建立包括灵长类疾病模型在内的多种动物疾病模型,促进生物医学的发展,造福人类。

Hippo信号调控果蝇中肠稳态维持的机制研究

Hippo信号通路是近年来发现在进化上高度保守的肿瘤抑制信号通路,能通过协调细胞增殖与凋亡来控制组织、器官发育的大小,并在干细胞的自我更新及组织稳态维持中发挥着极其重要的作用。Hippo信号通路关键成员的活性异常可以导致包括癌症在内的多种疾病的发生。因此,Hippo信号通路成员的蛋白稳定性调控是Hippo信号通路研究的重点之一。果蝇中的研究表明,Hippo信号通路上游成员Pez的蛋白稳定性受NEDD4(neural precursor cell expressed developmentally down-regulated protein 4)家族泛素连接酶Su(dx)及Kibra的共同调节,进一步的研究揭示了该调控过程的具体分子机制。该调控在维持果蝇中肠干细胞(intestinal stem cell,ISC)稳态平衡中发挥了重要作用。在哺乳动物细胞中的研究则提示该调控机制存在进化上的保守性。这些研究成果不仅加深了我们对Hippo信号通路调控果蝇肠稳态功能的认识,还为我们研究相关肿瘤发生发展的机制和发掘潜在的肿瘤治疗靶点提供了新的思路。

微管蛋白的翻译后修饰及功能研究

微管是由α/β微管蛋白(α/βtubulin)聚合形成的管状细胞骨架,在许多生物学过程中起着重要的作用。微管的结构与性质受到多种因素的调控,其中微管蛋白的翻译后修饰是一类重要的调控方式。主要介绍目前已发现的微管蛋白翻译后修饰种类,并讨论这些修饰的生物学功能与作用机制。

多潜能乳腺干细胞的发现

小鼠乳腺由多种不同类型的上皮细胞构成。多潜能干细胞位于乳腺发育的顶端,是乳腺中所有分化细胞类型的来源。然而,这群多潜能乳腺干细胞此前尚未通过特定的标记基因得到鉴定,其存在性也备受争议。借助乳腺干细胞体外培养体系,从Wnt信号通路入手,发现了蛋白C受体基因Procr。在乳腺中,Procr作为一个新的Wnt信号通路的靶基因,能够标记多潜能乳腺干细胞。Procr标记乳腺基底细胞中的一个亚群,这个亚群的细胞低表达基底细胞普遍表达的角蛋白,表现出上皮–间充质转化的特性。Procr阳性的细胞在移植实验中表现出最高的乳腺重建率,体内追踪Procr阳性细胞的后代,发现Procr阳性细胞能够在发育过程中分化形成乳腺上皮的所有细胞类型。多潜能乳腺干细胞的发现结束了乳腺中多潜能干细胞存在性的争议,对乳腺癌的诊断及靶向治疗具有重大意义。

多纤毛细胞中心粒扩增的分子机制

中心粒是由九组三联体微管组成的圆筒状细胞器，主要存在于动物细胞中。中心粒在细胞中主要行使两大功能：一方面，中心粒是中心体的核心，而中心体是哺乳动物细胞的微管组织中心，在有丝分裂问期参与细胞迁移、胞内运输和形态维持等，而在有丝分裂期则作为纺锤体的极点参与纺锤体的形成，参与细胞分裂和遗传物质的分配；另一方面，细胞进入G0／G1期后，

慢性应激通过减少毛囊黑色素细胞和酪氨酸酶活性导致雌性C57小鼠毛发颜色变浅

越来越多的证据表明压力可能会导致头发颜色发生变化,但其潜在机制尚不完全清楚。本研究采用雌性C57BL/6小鼠脚底电刺激结合束缚来建立慢性应激小鼠模型,并用比色法检测小鼠皮肤和B16F10黑色素瘤细胞中黑色素含量和酪氨酸酶活性;通过酶联免疫吸附实验(ELISA)测定小鼠皮肤中肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factorα, TNF-α)、白细胞介素1β(interleukin-1β, IL-1β)和白细胞介素6 (interleukin-6, IL-6)含量;通过免疫荧光染色评估小鼠皮肤中核因子κB (nuclear factorκB, NFκB)/p65亚基的含量。结果显示:C57BL/6小鼠在慢性应激下由于皮肤中的毛囊黑色素细胞和酪氨酸酶活性降低,其毛皮颜色从暗色变为棕色。同时,慢性应激小鼠皮肤炎症反应增加,表现为皮肤中NFκB活性和TNF-α表达增加。在体外,TNF-α以剂量依赖性方式降低B16F10黑色素瘤细胞中黑色素生成和酪氨酸酶活性。以上结果表明,慢性应激通过降低雌性C57BL/6小鼠的毛囊黑色素细胞和酪氨酸酶活性来诱导皮毛颜色改变,而TNF-α可能在应激诱导的毛色改变中起重要作用。

光遗传学

虽然"光遗传学"只是一种技术方法,但它在文献中正愈来愈多地被提到。光遗传学结合了重组DNA技术与光学技术,对细胞生物学的研究非常有用。它被广泛应用于活细胞内目标蛋白质的跟踪以及选择性地控制脑中某类细胞的特定的神经活动从而推动了神经科学研究的深入。近来光遗传学的应用扩展到了信号转导的研究,也开始有医学临床的应用的报道。进一步发展光遗传学无疑将推动合成生理学的研究。光遗传学被《自然-方法学》期刊评为2010年年度方法。

整合素去活化的调控机制

整合素(integrin)是一类重要的细胞表面黏附分子,是由α和β两个亚基通过非共价键组成的异源二聚体,对于免疫反应、免疫细胞的组织定位、凝血、组织愈伤、癌细胞转移以及组织和器官的发育等都至关重要。整合素的功能依赖于对其配体结合的亲和性及其所介导的信号转导的动态调控,整合素活化受阻或是过度活化都会引发多种疾病。目前,对整合素的活化机制的了解比较深入,研究发现,整合素活化的最终步骤是由talin和kindlin等胞内调控蛋白结合β亚基胞内段引起的;但是对于调控整合素去活化的机制了解较少。该文重点介绍了负调控整合素活化的蛋白分子及相关分子机制。

粉红丝带引发的思考--Wnt信号通路在乳腺发育与乳腺癌变中的角色

Wnt信号转导通路是参与乳腺发育和肿瘤形成的重要机制。本文综述了Wnt信号转导通路调控乳腺发育和干细胞稳态研究的进展,讨论了Wnt信号转导中成员分子在乳腺癌形成中的角色。

结缔组织生成和肿瘤

肿瘤的发生并不只是由肿瘤细胞本身恶化引起的,肿瘤基质也发挥了非常重要的作用,肿瘤发生是肿瘤细胞和围绕它的肿瘤基质相互作用的产物。肿瘤细胞可以通过各种途径激活与其相邻的间质,促进成纤维细胞的增生、细胞外基质的沉积、免疫细胞浸润和血管生成,这种现象被称为结缔组织生成。结缔组织生成形成了一个支持肿瘤发展的微环境,通过多种途径促进了肿瘤的发生、发展和转移。针对结缔组织生成进行肿瘤治疗可以为肿瘤的临床治疗提供新的思路。

浅谈长寿信号通路及它们在不同组织间的传递

衰老受着众多信号通路的调节。对于多细胞生物,这些衰老相关信号不仅在细胞内进行传递,更在细胞组织间进行通讯。该文拟结合几条具体的长寿信号通路,综述长寿信号在跨越组织协调全身衰老进程的机制。