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胚胎干细胞主要的特点有:多潜能性、可无限增殖(自我更新)和能在较长时间内处于静止状态。这些特质使其较正常体细胞更易成为肿瘤发生的靶细胞,肿瘤干细胞可能起源于正常的人体干细胞。因此,研究正常干细胞的分化机制对理解肿瘤干细胞产生及其异常分化的机理有十分重要的意义胚胎干细胞的自我更新和分化受到多种因素的调控,包括转录因子调控,信号通路调节,表观遗传学修饰等。这些调控方式对胚胎干细胞的分化具有十分重要的调控作用。是一种ATP依赖性染色质重塑解旋酶,该蛋白含有四个典型的结构域,即N端的PHD锌指结构域、chromodomain、解旋酶/ATP酶结构域以及C端的DNA结合结构域。CHD5蛋白属于CHD家族,该家族共有九个成员(CHD1-CHD9)。目前研究进展表明CHD家族成员在胚胎发育及肿瘤发生发展过程中具有重要的作用。CHD5基因定位于染色体1p36区,该区在多种类型的人类癌症中均有不同程度的缺失,对人类肿瘤的遗传分析表明CHD5在多种不同细胞来源的癌变过程中功能失活。本实验室前期已经发表的结果显示CHD5抑制肿瘤细胞的增殖、转移和上皮-间质转化。但CHD5在胚胎发育、干细胞维持和分化方面的研究尚无报道。目前的研究普遍认为CHD5是一个在多种不同类型的肿瘤中发挥抑癌作用的染色质重塑解旋酶,但不清楚CHD5在早期胚胎干细胞分化过程中的功能,对CHD5调控细胞增殖分化的具体机制也不甚了解,本课题主要对此进行研究。
本研究借助一种诱导人胚胎干细胞向神经前体细胞分化的模型,在此过程中检测CHD5表达量的动态变化。构建干扰CHD5表达的shRNA慢病毒表达载体,通过慢病毒包装系统包装病毒,感染细胞,干扰CHD5的表达,检测人类胚胎干细胞多能性标志基因,神经前体细胞标志基因的表达变化情况。筛选了稳定干扰CHD5表达的细胞株,通过检测CHD5干扰之后对BMP,Wnt,Activin等相关信号通路关键基因的影响,结合启动子报告系统探索CHD5的作用机制。在该实验中利用可以同时抑制BMP和Activin信号通路的抑制剂CompoundC,定向诱导人类胚胎干细胞向神经前体细胞分化,结果表明随着人类胚胎干细胞向神经前体细胞的分化,胚胎干细胞的多能性标志基因表达量逐渐下降,神经前体细胞的标志基因表达量逐渐上升,CHD5的表达也呈现明显的上升趋势,而CHD家族其他成员却没有明显的表达变化。利用慢病毒干扰CHD5的表达,CHD5在mRNA和蛋白水平表达明显下降,干扰CHD5的表达之后对细胞进行向神经前体细胞分化的诱导,检测到胚胎干细胞多潜能性标志基因的下降得到了逆转,而神经前体细胞的标志基因上升相对减慢。在信号通路的检测中发现CHD5干扰之后,Wnt信号通路的活性上升,其关键信号分子β-catenin的表达上升,表明CHD5可能参与WNT信号通路。