猪不完全重编程诱导多能干细胞的获取及生物学特性

来源 :安徽农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:yyy_chj
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猪是具有重要经济价值的家畜和研究人类疾病的理想模型。诱导性多能干细胞(Induced pluripotent stem cells, iPSCs)的诞生,为动物遗传资源保护、药物筛选、疾病诊疗以及转基因动物创制等研究提供了一种崭新的材料,在畜牧业、医学和生物学基础研究上具有极其重要的学术价值和广阔的应用前景。尽管iPSCs应用仍面临诸多尚未解决的问题,如免疫排斥效应,成瘤性等,制约着该技术的发展,但是这种新的细胞重编程技术为生产新的细胞材料提供了一种可行的方法。本研究借鉴常规iPSCs获取方法,通过可诱导慢病毒系统携带限定性转录因子,使其在猪脂肪干细胞(p ADSCs)中异位表达,将pADSCs诱导为不完全重编程iPSC(猪部分重编程iPSCs,即pP iPSCs),并对其生物学特性进行鉴定,以期为进一步丰富猪多能干细胞获取方案、创制转基因猪或基因修饰猪新材料提供参考依据。本研究包括以下两部分:  试验一:猪部分重编程iPSCs的获得:在无饲养层的条件下,利用携带人Oct4、Sox2、c-Myc和Klf4的药物可诱导慢病毒系统感染pADSCs,并在含血清,Lif和bFGF的培养液中传代培养,最终获得了与猪完全重编程iPSCs(pF iPSCs)具有相似形态和增殖活性的部分重编程的iPSCs(pPiPSCs)。相比于pFiPSCs,pPiPSCs具有正常的核型,但呈AP阴性,仅表达Oct4、SSEA-3、SSEA-4,不表达Nanog等与多能性相关的蛋白。同时与多能性相关的基因如Oct4、Sox2、Dnmt3b和CDH1的mRNA表达水平相对较低,而与达到完全重编程状态相关的基因如ESS RB、Lin28和Dppa2则不表达。体外可形成EB,但是EB的形成效率及分化程度较pF iPSCs低,在免疫缺陷鼠内无法形成畸胎瘤。这些结果说明我们成功得获得了部分重编程的iPSCs,但其再分化潜能比较低。  试验二: pPiPSCs的生物学特性鉴定。首先,我们比较分析了pP iPSCs和pF iPSCs两种类型的多能性干细胞对源头细胞重编程状态的记忆。通过流式细胞术检测pPiPSCs和pF iPSCs中与脂肪干细胞相关的特征性表面分子CD29、CD90、CD44和CD105的表达,结果显示两株pP iPSCs均表达CD29,但是两株pF iPSCs中仅C4-6 NpiPSCs表达CD29,而其阳性率、表达强度均显著低于pPiPSCs;利用PCR检测pPiPSCs和pF iPSCs中与免疫原性相关的基因,结果表明,pP iPSCs虽表达MHCⅠ,但不表达共刺激分子(CD40和CD86),而pFiPSCs不表达MHCⅠ和共刺激分子;对于与免疫抑制相关的基因,如CCL2和Gatectin1在pPiPSCs与pFiPSCs中均低表达,而MMP1的表达则是pP iPSCs稍高于pF iPSCs。其次,我们还系统研究了两种类型的iPSCs的分化潜能。结果发现,在撤除抑制iPSCs分化的因子后,pP iPSCs与pF iPSCs均可获得贴壁生长的细胞:pPiPSCs撤除DOX后,其分化细胞(pPiPSC-DCs)呈成纤维状,可连续传至20代以上而无明显衰老;pFiPSCs的分化细胞(pFiPSC-DCs)在刚撤除DOX后呈上皮样,传代后呈成纤维状,5代内停止生长;进一步对各分化细胞分别向脂肪和成骨细胞进行诱导,结果显示,在成脂方面,pPiPSC-DCs的蓄酯能力显著高于pF iPSC-DCs,而在成骨方面,pP iPSC-DCs可形成典型的矿化结节,但pF iPSC-DCs则无法向成骨细胞进行分化。流式细胞术检测结果显示,pP iPSC-DCs均表达CD29、CD90和CD44,不表达CD105;而pF iPSC-DCs仅表达CD29和CD44,不表达CD90和CD105,且CD29和CD44阳性率和表达强度均显著低于pP iPSC-DCs。在上述iPSCs分化的细胞中,与免疫相关的基因MHCⅠ均有表达,而CD40仅在pP iPSC-DCs中有弱表达,在pF iPSC-DCs中不表达,CD86在pP iPSC-DCs和pF iPSC-DCs均不表达;CCL2在各分化细胞中均表达,而在pPiPSC-DCs中的19DCs表达量最高,Gatectin1在各株细胞中均表达,但表达量相当,MMP1仅在19DCs中表达;进一步利用单向淋巴实验检测第一代和第三代不同密度pP iPSC-DCs与pF iPSC-DCs的免疫抑制能力,在第一代时各株细胞对小鼠脾脏淋巴细胞均有抑制增殖效应,且该效应随着浓度的增加而增强,除了pF iPSC-DCs中21DCs在1×104/孔和2×104/孔密度时比同浓度的其它分化细胞的抑增殖效应稍低外,同一浓度的其余pP iPSC-DCs与pF iPSC-DCs的免疫抑制效应无明显差异。当细胞传至第三代,各浓度的pP iPSC-DCs比pF iPSC-DCs均体现出明显较高抑增殖效应。这些结果说明相比于pFiPSCs,pP iPSCs具有更高的重编程记忆能力。  进一步分析了 pPiPSCs和 pF iPSCs的分化细胞支持克隆胚胎发育的效率。我们分别以其为核供体细胞用于核移植,对所获重构胚发育能力,如卵裂率、囊胚率以及囊胚总细胞数进行比较分析。结果显示各株细胞卵裂率差异不显著,但是pP iPSC-DCs中的19DCs囊胚率显著的高于其它分化细胞,且19 DCs来源的囊胚总细胞数显著高于pFiPSC-DCs中30DCs来源的囊胚。这些结果说明以pP iPSC-DCs为核供体,更有利于克隆胚胎的发育。  总之,我们首次在无饲养层的条件下建立了猪脂肪干细胞来源的部分重编程iPSCs,并揭示了部分重编程 iPSCs的生物学特性和猪 iPSCs重编程过程中的事件发生,为后续重编程机制的研究、细胞替代治疗和克隆猪的生产提供了新材料。
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