人骨髓间充质干细胞及其成骨分化过程组蛋白H3K9位赖氨酸表观修饰和基因表达的基因组水平分析

论文摘要

间充质干细胞（MSCs）是一种非胚胎来源的成体干细胞,并且具有自我更新能力和分化的多潜能性。目前研究表明,染色质的表观修饰对于干细胞的状态至关重要。本研究采用启动子芯片（ChIP-on-chip）和基因表达谱芯片（expression microarray）技术,首先对人骨髓来源的间充质干细胞的组蛋白H3-Lys9表观修饰和基因表达状态在基因组水平上进行了分析鉴定,结果表明人骨髓间充质干细胞基因启动子区H3-Lys9的乙酰化和二甲基化状态与基因的表达水平密切相关。另外,我们发现这些受启动子区H3-Lys9表观修饰状态调控的基因与一系列维持细胞分化多潜能性的重要的生物学功能通路相关,如细胞信号相关通路,细胞周期相关通路以及细胞因子相关通路等。而后又在人骨髓来源的间充质干细胞成骨分化过程中在基因组水平上对组蛋白H3-Lys9表观修饰和基因表达变化情况进行分析。我们发现在人骨髓来源的间充质干细胞成骨分化过程中组蛋白H3-Lys9整体乙酰化水平下降,而二甲基化水平显著上升。而且我们还鉴定出在人骨髓来源的间充质干细胞成骨分化过程中mRNA表达水平受表观修饰调控的基因,而这部分基因与一系列细胞分化过程中所必需的生物学事件相关,如细胞周期停滞、细胞内骨架重塑等。此外我们还发现维生素D受体可能在间充质干细胞成骨分化过程中参与到H3-Lys9去酰化和甲基化,进而使所调控的基因发生转录抑制。由此我们认为基因启动子区H3-Lys9乙酰化和二甲基化所控制的基因开关,以及由此引起的某些细胞通路的激活与关闭,不仅在维持人骨髓间充质干细胞的自我更新和增殖状态过程中发挥着重要的作用;而且对于其成骨分化过程的顺利推进同样至关重要

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 引言
• 一、论文的研究背景和立题依据及意义
• 二、本论文的研究内容
• 三、研究方法和技术路线
• 第一部分 文献综述
• 一、 干细胞特性
• （一） 胚胎干细胞概况
• （二） 间充质干细胞概况
• 二、真核生物染色质的结构和染色质重塑
• （一） 染色质重塑与转录调控
• （二） 蛋白密码假说
• （三） DNA甲基化、组蛋白去乙酰化、H3 K9甲基化间相互关系与基因沉默
• 三、基因芯片技术
• （一） 基因芯片的原理
• （二） 基因芯片的技术支持
• （三） 基因芯片的分类
• 第二部分 实验材料与方法
• 一、实验材料
• （一） 细胞培养及其培养试剂
• （二） RT-PCR 相关试剂
• （三） 染色质免疫沉淀相关试剂
• （四） 芯片及杂交相关试剂
• （五） 实验设备及仪器
• 二、实验方法
• （一） 人间充质干细胞培养及成骨分化诱导鉴定
• （二） Real-time RT PCR检测
• （三） 细胞核蛋白的提取
• （四） SDS-PAGE电泳和Western Blotting
• （五） 免疫荧光分析
• （六） 染色质免疫沉淀实验
• （七） 基因表达谱芯片杂交及归一化
• （八） ChIP on chip芯片杂交及归一化
• （九） 生物信息学相关分析
• 第三部分 结果与分析
• 一、人骨髓来源MSCs组蛋白H3-Lys9 表观修饰和基因表达状态在基因组水平研究
• （一） 人骨髓MSCs的分离、鉴定
• （二） 在人骨髓MSCs中，ChIP on chip数据的获得及归一化分析
• （三） 在人骨髓MSCs中，基因表达谱芯片数据的获得及其与ChIP on chip所得数据的相关性分析
• 二、人骨髓MSCs成骨分化过程中，组蛋白H3-Lys9 表观修饰和基因表达状态在基因组水平研究
• （一） 人骨髓MSCs的成骨诱导分化
• （二） 在MSCs成骨分化过程中组蛋白H3-Lys9整体乙酰化下降，而整体二甲基化水平上升
• （三） MSCs 成骨分化过程，基因芯片数据的获得，整理及相关生物学功能分析
• 第四部分 讨论
• 一、 间充质干细胞成骨分化体系和启动子芯片的选择
• 二、基因启动子区H3-Lys9 乙酰化和二甲基化所控制的基因的激活与抑制，对于维持人骨髓MSCs的自我更新和增殖状态至关重要
• 三、 间充质干细胞成骨分化过程可能伴随着异染色质形成
• 四、在MSCs成骨分化过程，VDR参与组蛋白H3K9位赖氨酸的去乙酰化和二甲基化过程
• 五、只有少量基因mRNA变化与其启动子区域组蛋白H3K9位赖氨酸乙酰化和二甲基化变化相关
• 六、在MSCs成骨分化过程，组蛋白H3K9位赖氨酸修饰调控的基因可能参与许多重要的细胞分化相关生物学事件
• 主要结论
• 主要创新点
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间公开发表论文及著作情况