干细胞&iPS

Stem cell:干细胞是一类原始且未特化的多潜能细胞,具有自我复制的能力。在一定条件下,它可以分化成多种功能细胞。 IPS为诱导多能干细胞,是指通过基因转染技术将某些转录因子导入动物或人的体细胞,使体细胞直接重构称为胚胎干细胞细胞样的多潜能细胞。

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生物谷专访——四川大学生物治疗国家重点实验室陈路研究员

来源:生物谷 2017-09-01 15:15

编者按:以干细胞治疗为核心的再生医学,在神经、血液、心血管、生殖等系统和肝、肾、胰等器官的重大疾病治疗方面发挥作用。来自四川大学生物治疗国家重点实验室的陈路研究员是造血干细胞选择性剪接领域的资深科学家,也是国家青年千人计划入选者。本次生物谷有幸请到陈路研究院与大家一起聊一聊,选择性剪接在干细胞研究领域的应用。

生物谷:陈研究员您好,很荣幸能邀请到您参加生物谷主办的2017(第九届)干细胞国际研讨会。我们了解到您在选择性剪接,尤其是造血干细胞中的选择性剪接领域有着丰富的研究经验和深刻认识。我们知道选择性剪接是指从一个RNA前体中通过不同的剪接方式产生不同的mRNA异构体的过程,那么在造血干细胞向下游细胞分化的过程中,哪些RNA的选择性剪接会决定造血干细胞的分化方向呢?

回答:基因除了转录表达和调控之外,选择性剪接同样是调控基因表达、结构和功能的一种重要方式,据统计超过94%的人类多外显子基因均存在着选择性剪接;RNA剪接从根本上改变了“一个基因,一个蛋白”的旧观念,Philip Sharp教授因此获得1993年诺贝尔生物医学奖。而在疾病发生或发展过程中,15%-60%的致病突变是通过影响基因的选择性剪接而发生作用的,其中约有20%的错义突变发生在剪接调控位点上。因此,研究选择性剪接,对于理解生命的进化、个体的发育以及疾病的易感性及发病机制都至关重要,有望为人类重大疾病的治疗带来全新的思路。

在人类造血干细胞分化的工作中,对30个新生儿脐带血中的8种造血干细胞和前体细胞的全转录组进行了深入的分析,构建了一种基于Beta-binomial分布的检测选择性剪接差异的新方法,相较于6711个差异表达的基因,我们发现了多达10182个具有高度细胞专一性的选择性剪接体,其中7881个剪接位点是之前在任何细胞中从未报道过的。它们所具有得高度细胞专一性表明对细胞分化的过程可能起着重要作用,我们通过分子和细胞生物学实验发现造血干细胞前体中特异的NFIB新剪接体具有调控巨核细胞发育的功能,而血小板疾病中的突变位点影响GFI1B基因的特定剪接体,而其他的细胞特异的剪接体还有待进一步的研究。

生物谷: 陈研究员,我们知道对于生命科学而言,研究得越深入就会发现生命有机体越复杂,从细胞层面上看,复杂的表观遗传学及众多基因的选择性剪接在时间和空间上扮演着各式各样的角色,那么我们想了解的是,选择性剪接对经造血干细胞分化而来的血细胞的成熟有什么影响。

回答: 基因发生选择性剪接时,有可能(a)引入终止子,或(b)改变基因表达读码框(ORF)、或(c)改变蛋白质结构和功能区域等。我们通过生物信息预测大约54%的选择性剪接可能引入新的终止子、功能和结构域,而疾病突变位点约20%的错义突变发生在剪接调控位点上。

例如,我们的研究发现NFIB新剪接体(NFIB-short)和常见的NFIB剪接体(NFIB-long)相比,缺失了多个外显子,这些外显子中包括DNA binding domain,改变了NFIB相互作用的蛋白质模式,从而调控巨核细胞发育的功能。在疾病研究中,我们发现血小板疾病中的突变位点影响GFI1B基因的特定剪接体。鉴于不同剪接体有不同功能,在疾病研究中,应该探索突变对于不同剪接体的影响,才能对致病机理有更深入的理解(Chen et al. Science 2014)。

生物谷: 我们现在是否能够在细胞分化的不同阶段来操纵选择性剪接呢,如果能,具体是什么样的手段和方法呢?

回答:常见的手段和方法有以下3种:

1.通过对操控上游的剪接因子的表达,这可能对这个剪接因子相关的多个选择性剪接事件产生影响。例如,对于基因的选择性剪接的上游的剪接因子MBNL调控的研究(Han et al. Nature 2013)

2.针对特定的剪接体可以进行敲低和过表达等实验来进行具体研究它们的功能,例如,我们对于NFIB剪接体的研究(Chen et al. Science 2014)。

3.Splice-Switching Oligonucleotides(SSO)技术通过pre-mRNA杂交并阻挡剪接位点与剪接因子的结合,从而改变选择性剪接。例如,Deiters课题组利用光化学控制选择性剪接技术精确控制特定基因外显子的剪接,此方法可对选择性剪接进行重复的关闭和开启,研究鉴定选择性剪在细胞分化中的影响(Hemphill et al., JACS 2015)

生物谷: 陈研究员,您的研究主要是集中在造血干细胞的选择性剪接上,但是干细胞的概念较为广泛,比如胚胎干细胞,间充质干细胞肿瘤干细胞等,那么选择性剪接在这些细胞领域是否得到了科研学者们的充分研究呢?近期有哪些值得分享的新成果吗?

回答:转录组包含基因表达和转录后的选择性剪接。在小鼠胚胎干细胞中,多伦多大学的Blencowe教授发现干细胞特异的FOXP1选择性剪接体与多能性(OCT4,NANOG等基因)有关(Gabut et al. Cell 2011),此外,他们还发现特异表达的FOXP1及其他基因的选择性剪接是由上游的剪接因子MBNL调控(Han et al. Nature 2013),证明选择性剪接和上游的剪接因子在干细胞多能化中的重要作用。在其他干细胞的研究中,之前的研究侧重于基因表达和转录调控, 对选择性剪接在其中的发育与分化的研究尚不深入,有待进一步的细致研究。



陈路   研究员    四川大学生物治疗国家重点实验室

个人简介:陈路博士,四川大学华西第二医院、生物治疗国家重点实验室研究员,博士生导师,国家“青年千人计划”入选者。2008年在英国巴斯大学取得生物化学博士学位后进入剑桥大学医学院和桑格研究所(Wellcome Trust Sanger Institute)开展博士后工作。主要运用综合基因组、转录组、表观遗传组等大数据和生物学实验等方法研究基因调控和疾病发生机理,开展选择性剪接在造血干细胞分化、物种复杂性进化、癌症发生等领域中的研究,并应用多层面组学在自身免疫性和血液疾病中研究疾病发生相关基因的调控机理。以第一作者在Science、Cell等杂志发表论文6篇,共同作者在Cell、Nature、Nature genetics(2篇)等国际学术期刊上共发表论文19篇,其中影响因子大于10的13篇。入选“中英优秀青年”第十二批“千人计划”青年项目。主持申报2017国家重点研发计划“干细胞与转化”重点专项青年项目造血干细胞的选择性剪切调控机制已获立项。

演讲题目:造血干细胞分化中的选择性剪切调控机制
(生物谷Bioon.com)
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