胸腺的起源、发生、维持与退化

项目名称：胸腺的起源、发生、维持与退化首席科学家：张毓北京大学

起止年限：2010.9至2015.9

依托部门：教育部

二、预期目标

1．总体目标

通过该项目的实施，整合我国胸腺发育研究的主要力量，形成一个有竞争力的研究团队，协同解决该领域的一些重大问题，在胸腺的物种和胚胎起源，胸腺上皮细胞发育分化及其表观遗传调控机制，发育中TEC和胸腺细胞间的相互作用，胸腺退化的意义和发生机制等方向上取得一批原创性的成果，并力争在表观遗传和器官退化理论方面有所创新，努力使我国成为国际上这一前沿领域的学术研究中心之一。通过该项目的实施，产生针对胸腺功能低下相关病理状态进行医学干预的新思路，发现一些具有自主知识产权和药物开发前景的分子靶标，为应对即将到来的老龄化社会所要面临的人口健康和社会经济发展方面的挑战提供理论和技术储备。

2．五年预期目标

1）建立和完善胸腺器官发育研究技术和方法，重点发展能够支持胸腺上皮细胞前体发育的体外培养体系和单个前体细胞胸腺内移植技术。

2）分析鉴定文昌鱼中存在的原始胸腺上皮细胞和原始胸腺样细胞，揭示原始胸腺的胚胎起源，提供无脊椎动物原始胸腺发生的证据。

3）阐明Mpc2及Bcl-3调控基因表达和胸腺上皮细胞发育分化的表观遗传机制。4）揭示LT-LTβR信号对TEC发育分化及其所介导的阴性选择的影响，确立Netrin和Slit在胸腺细胞定向迁移中的作用。

5）分析胸腺退化对外周T细胞库重塑及对固有免疫应答和记忆免疫应答的影响，揭示Mpc2、LTβ、Bcl-3和Aire在胸腺上皮细胞前体维持中可能发挥的作用。

6）发现和鉴定出10个以上与胸腺发育或退化相关的新分子（mRNA、miRNA或蛋白质），阐明它们调控胸腺发育或退化的机理，并确定它们是否具有临床应用前景。

7）发表高水平论文（影响因子＞5）20-30篇，包括2-4篇顶级期刊论文，力争在1-2个方向上取得有影响力的、突破性成果。

8）培养博士研究生40-60名，产生长江学者、国家杰出青年基金获得者、中科

院“百人计划”级别的人才3-5名，造就一支在胸腺发育研究领域敬业乐业、团结协作、善于攻关的高水平研究队伍。

三、研究方案

1．学术思路

本项目拟从物种进化、个体发生、维持和退化等不同角度全面研究胸腺器官发育及其调控机制。作为一个重要的中枢免疫器官，胸腺的起源对免疫进化研究具有重大理论意义，而分析不同物种共享的重要发育调控基因或基因网络可望为深入理解胸腺发育的分子基础做出重要贡献。对于一个个体，胸腺器官发育很大程度上是指胸腺上皮细胞的发育。TEC是一种高度特化的上皮细胞，在胸腺中扮演着“组织者”和“教育者”的角色。有关其发育分化分子基础的研究将聚焦于项目组成员前期工作中发现的两个关键性分子——Mpc2和Bcl-3。值得一提的是，这两个分子似乎都与表观遗传调控相关，而表观遗传对胸腺发育的影响还是一个未曾被涉猎的领域，相关研究具有很强的开拓性。众所周知，TEC对于胸腺细胞发育不可或缺。但近年来的研究显示胸腺细胞也深刻影响着TEC的发育。已知LT-LT R信号是二者交流的一种关键性媒介，我们特别感兴趣的是该信号如何影响mTEC的发育及其在mTEC介导的胸腺细胞阴性选择中的作用。本项目关注的最后但也是最重要的问题是胸腺的退化。其重要性不仅体现在它的医学价值上，同时也在于它实际上反映出的是器官如何维持的问题。我们认为胸腺退化是一个主动的过程，有着重要但却未知的生理意义。通过对其生理功能和发生机制的研究，我们期望能产生理论上的突破。

2．技术途径

本项目拟使用多种不同模式动物（包括各种基因修饰小鼠），借助常用分子生物学、细胞生物学、免疫学和发育生物学方法，结合高通量检测（如基因芯片、蛋白芯片、ChIP-on-Chip、ChIP-seq、二代DNA测序等）、激光共聚焦成像、基因敲除或转基因技术，从分子、细胞和整体水平研究研究胸腺起源、发生、维持和退化。总体技术途径见下图，各项研究内容的具体技术线路详见各课题。

四、年度计划

第一年

研究内容

1)文昌鱼胸腺发生发育相关的重要标记分子的鉴定：采用第二代高通量测序技

术，测定不同发育阶段的小鼠、爪蟾及斑马鱼胸腺转录组和不同发育阶段文昌鱼转录组; 下载人、小鼠、爪蟾、斑马鱼、文昌鱼等模式动物的转录组和基因组序列；对相关数据进行BLAST分析、聚类和功能注释、分类分析等，通过比较免疫学和比较基因组学分析，鉴定文昌鱼与胸腺发生发育相关的重要标记分子。

2)验证Mpc2对于小鼠胸腺上皮细胞功能的重要性；建立胸腺上皮细胞特异性

敲除Mpc2的小鼠模型，并对表型进行比较和分析；建立TEPC培养系统，用基因芯片和小RNA芯片配对筛选差异基因和小RNA；建立基因敲除动物模型和利用不同GPCR刺激胸腺上皮细胞发育的细胞模型。

3)利用RT-PCR，流式细胞术检测LTbR在不同亚群mTEC上的表达水平，比较野

生型小鼠和Ltbr-/-小鼠各mTEC亚群的比例和数量；利用RT-PCR，原位杂交，流式细胞仪的方法分析Netrin 和Slit家族成员及其受体家族成员在胸腺细胞及胸腺基质细胞的表达情况，以及在某些细胞因子和特定信号诱导情况下的表达分析；积累、整理汉族RA患者和健康对照样品。

4)小鼠胸腺退化过程中胸腺细胞输出数量和功能的变化；胸腺细胞停止输出或

持续高水平输出对外周T细胞库的影响；T细胞及不同T细胞亚群在APAP 肝损伤中的作用。

预期目标

1）建立功能注释的不同发育阶段文昌鱼以及不同发育阶段小鼠、爪蟾及斑马鱼胸腺转录组数据库。。

2）确认Mpc2-/-小鼠胸腺发育异常是因为胸腺上皮细胞缺陷；证实获得可调控mTEC小RNAs，发现miR-A和其它小RNAs和关键基因的表达调控机制；发现miR-A和其它小RNAs的靶基因；完成各种细胞及动物模型的建立。