通过形成类胚体诱导人羊水多能干细胞向心肌细胞分化

由人羊水中分离羊水多能性干细胞，通过形成类胚体诱导其向心肌细胞分化。取人羊水标本进行体外培养，分离得到人羊水干细胞，已连续传代培养至42代，采用免疫细胞化学、RT-PCR和流式细胞仪技术对羊水干细胞的生物学特性进行检测。取10-15代羊水干细胞，悬浮培养使其形成类胚体，进而向心肌细胞诱导分化。培养的羊水干细胞呈成纤维样，表达部分胚胎干细胞特异标志基因，悬浮培养可形成类胚体。类胚体碱性磷酸酶（AP）检测呈阳性，表达三胚层特异标志基因fgf5、ζ-globin和α-fetoprotein。羊水干细胞形成类胚体后进行诱导，得到α-actin阳性细胞，表达心肌细胞特异标志基因Tbx5、Nkx2．5、GATA4和α—MHC。试验结果表明，从人羊水标本中可分离得到具有胚胎干细胞特性的细胞，经初步检测确定为羊水干细胞，并能通过形成类胚体诱导其向心肌细胞分化。

牛诱导性多能干细胞向心肌细胞的诱导分化

【目的】研究牛诱导性多能干细胞(Bovine induced pluripotent stem cells,biPSCs)向心肌细胞的分化能力。【方法】将biPSCs悬浮培养制备类胚体,采用类胚体介导体外自由分化与定向诱导分化(添加RA、DMSO和RA+DMSO3种诱导物)的方法,使biPSCs在体外分化,比较了biPSCs在3种不同心肌诱导条件下定向分化为心肌细胞的诱导效率;分别提取biPSCs、类胚体及不同诱导体系分化细胞的总RNA,用RT-PCR检测心肌细胞发育标志基因的表达。【结果】biPSCs在悬浮条件下培养7d,能够形成典型球形和囊腔样类胚体。类胚体再贴壁培养7d,经过免疫细胞化学检测,贴壁细胞大量分化为α-actin阳性的心肌样细胞。在体外诱导分化体系中,RA+DMSO共同诱导的效率较RA和DMSO单独诱导显著增高(P<0.05)。RT-PCR结果显示,各组分化后的细胞中心肌细胞发育特异性基因ACTA2与GATA4均有高水平表达。【结论】biPSCs在体外悬浮培养能够形成类胚体,类胚体贴壁培养后可以分化为α-actin阳性的心肌样细胞;分化形成的心肌样细胞均表达心肌特异性基因。

牛Klf4基因重组反转录病毒载体的构建及产毒细胞株的建立

为了克隆牛Klf4基因并构建重组反转录病毒载体,得到稳定的产毒细胞株,本研究设计了带有酶切位点的一对引物,以接触抑制生长状态的MDBK细胞为材料,用RT-PCR方法克隆出牛Klf4基因的开放阅读框序列,将之插入干细胞反转录病毒载体pMSCVneo构成真核表达载体pMSCV-Klf4;采用脂质体法将pMSCV-Klf4转染包装细胞PT67,通过G418筛选得到稳定的产毒细胞株,电镜观察培养液上清中的病毒颗粒,同时病毒感染NIH3T3细胞测定其病毒滴度。结果表明,本研究克隆的牛Klf4基因开放阅读框序列与已发表序列(NM-001105385)比对有99.9%的高同源性;构建的重组载体质粒可正常包装,电镜下可观察到典型的病毒颗粒,筛选出的产毒细胞株病毒滴度达7.16×107CFU·mL-1。本研究成功构建的真核表达载体pMSCV-Klf4和得到的产毒细胞株,为进一步开展有关牛iPS细胞的研究奠定了基础。

抑制NHE1活性对干细胞向心肌分化的影响

Na+/H+交换蛋白1(NHE1)在心肌细胞发育过程中发挥重要的调节功能。为深入探索NHE1活性对干细胞向心肌分化过程中产生的影响,采用二甲基亚砜(DMSO)诱导P19干细胞向心肌细胞分化,同时在培养液中添加NHE1抑制剂EMD87580,对诱导后形成的类胚体进行检测。通过细胞形态观察、免疫组织化学染色及检测心肌特异表达基因等方法证明,经诱导形成的类胚体贴壁生长后,会向心肌细胞分化并出现跳动细胞团。而经过抑制剂处理的P19干细胞尽管能够形成类胚体且贴壁培养后细胞仍具有增殖活力,细胞团周边也较整齐,但未出现向心肌细胞分化的现象。这一结果表明,抑制NHE1的活性,能够影响P19干细胞向心肌细胞的分化作用。

牛iPSCs向神经细胞的诱导分化

【目的】通过类胚体介导体外自由分化与诱导分化,验证所建立的牛诱导性多能干细胞(Bovine induced pluripotent stem cells,biPSCs)能否分化为外胚层的神经细胞。【方法】将biPSCs悬浮培养以制备类胚体,通过类胚体介导使biPSCs在添加全反式维甲酸(RA)和β巯基乙醇(β-Me)诱导体系中分化为神经细胞,比较其诱导效率;提取不同诱导体系的分化细胞与类胚体的总RNA,利用RT-PCR方法鉴定分化细胞中神经细胞特异性基因的表达。【结果】培养的biPSCs集落呈球形,中央隆起,周围界限清晰,与胚胎干细胞集落形态类似。biPSCs碱性磷酸酶(AP)染色为阳性,并表达SSEA-4干细胞特异性表面蛋白。biPSCs通过类胚体介导分化,在未添加化学诱导物的条件下,可自由分化为Nestin、GFAP与NSE阳性神经细胞,其阳性细胞率分别为(15.14±1.13)%,(6.25±0.35)%和(5.45±0.62)%;biPSCs在RA诱导组中分化的神经细胞的数量最多,诱导后表达Nestin、GFAP和NSE细胞的阳性率分别为(49.56±2.33)%,(16.58±1.28)%和(13.66±2.21)%;在β-Me诱导组中,表达Nestin的阳性细胞率为(42.23±1.25)%。2个诱导组的诱导效率与无化学诱导物组有显著差异(P<0.05)。RT-PCR检测结果显示,不同诱导体系获得的分化细胞均能扩增到神经细胞特异性基因Nestin和βⅢ-Tubulin片段,产物长度与预期结果完全一致。【结论】biPSCs在体外具有向神经细胞发育的能力;RA是诱导biPSCs向神经细胞分化的良好诱导物。

诱导多能干细胞(iPS)的诱导培养与鉴定

通过外源转录调控因子的诱导,使成体细胞重编程为胚胎干细胞(ES细胞)样的多能细胞,这种细胞称为诱导多能干细胞(iPS细胞),这一方法被称为iPS技术。目前,iPS技术已先后在小鼠、人、猕猴、大鼠和猪中成功应用,建立了相应的iPS细胞系,并获得了iPS细胞嵌合小鼠和四倍体克隆小鼠。尽管iPS与ES细胞在形态和生长特性上有许多相同之处,但iPS细胞的建立需要较独特的诱导培养体系和鉴定方法。以下结合近年来iPS技术的发展和本实验室的相关研究,对iPS细胞的建立和培养体系的优化进行了深入探讨。

人神经元素3基因重组逆转录病毒表达载体的构建及其包装细胞株的建立

为构建表达人神经元素3基因(neurogenin 3,ngn3)的重组逆转录病毒载体,建立稳定表达ngn3的包装细胞株,本研究以流产人胎儿胰腺组织为材料,通过RT-PCR方法克隆出人ngn3基因,将其连接到pMD18-T载体上并测序,结果表明,测序得到的基因序列与发表的人ngn3基因序列(GenBank Accession No.BC126468)完全一致。将EcoRI和HpaI双酶切后的基因片段构建到pMSCV-neo逆转录病毒载体中,酶切鉴定结果表明,pMSCV-ngn3重组逆转录病毒载体构建成功。脂质体法将pMSCV-ngn3重组载体导入PT67包装细胞,G418筛选后,对得到的细胞株进行RT-PCR和免疫组化检测,结果显示,该细胞株在mRNA水平和蛋白水平均稳定表达Ngn3;收集该细胞株的培养上清液,进行RT-PCR检测及电镜观察,结果表明,该细胞株将导入的重组逆转录病毒载体pMSCV-ngn3包装成了具有感染性的病毒颗粒,并将其释放到了培养上清液中。以上结果表明PT67-ngn3包装细胞株建立成功。该细胞株的成功建立,为下一步将ngn3基因应用于提高人胎儿胰腺祖细胞诱导分化效率方面的研究奠定了基础。

牛sox2基因的克隆及重组反转录病毒载体的构建

为了构建包含牛sox2基因编码序列的重组反转录病毒载体,获得有感染性的病毒颗粒,本研究以胎牛原始生殖嵴为材料,用RT-PCR方法克隆出牛sox2基因的开放阅读框序列,将其亚克隆至pMD18-T载体并测序。结果表明获得的基因片段与发表的牛sox2基因序列(Gen Bank Accession No.NM-001105463)高度同源;将测序正确的重组T载体用EcoRI和BglII酶切,基因片段插入反转录病毒载体pMSCVneo的相同酶切位点,成功构建了重组反转录病毒载体pMSCV-sox2。采用脂质体法用pMSCV-sox2转染包装细胞PT67,同时用pMIG(含绿色荧光蛋白)作为阳性对照,经流式细胞仪测定,该载体转染效率达到68.3%;转染后PT67细胞经G418筛选得到稳定的产毒细胞株,其病毒滴度达8.16×107CFU/mL,为下一步特定因子诱导牛体细胞转变为牛iPS细胞的研究奠定了基础。

奶牛干细胞多能性基因Nanog和Lin28克隆分析及其逆转录病毒表达载体的构建与包装

以50-60日龄的Holstein奶牛胎儿原始生殖嵴组织为材料，通过RT—PCR的方法克隆奶牛Nanog与Lin28基因开放性阅读框（ORF）全序列。序列全长分别为903bp和618bp。所克隆的奶牛Nanog与Lin28基因序列与GenBank中已经发表的参考序列进行比对同源性均为100％。将扩增的基因片段经过酶切后亚克隆到反转录病毒载体pMSCVneo的多克隆位点，经过酶切、PCR和测序鉴定正确后，应用lipofectamine2000介导转染PT67包装细胞，经过14dG418连续抗性筛选，挑选抗性集落扩大培养。收集病毒上清经过RT—PCR与透射电镜检测，并用NIH3T3细胞测定病毒滴度。结果表明，病毒上清中含有逆转录病毒颗粒，Nanog与Lin28基因在筛选后的包装细胞PT67细胞中均有转录，病毒上清感染滴度值分别达到7．5×10^7 cfu／mL和9．19×10^7’cfu／mL。结果表明，本试验已经成功克隆出奶牛Nanog与Lin28基因开放性阅读框全序列，并建立高效、稳定产生包含有pMSCV-Nanog与pMSCV-Lin28质粒的感染性病毒颗粒的包装细胞株，为进一步产生奶牛诱导性多能干细胞（Induced pluripotent stem cells，iPSCs）奠定基础。