重大研究计划细胞编程和重编程的表观遗传机制

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表观遗传学重编程

表观遗传学重编程

表观遗传学重编程表观遗传学重编程是一种生物学现象,指的是在没有改变DNA序列的情况下,通过改变基因组DNA上的化学修饰方式来影响基因表达的模式。

这种重编程现象在在个体发育、环境适应以及疾病发生等过程中起着重要作用。

本文将从表观遗传学的基本概念、重编程机制以及其对生命现象的影响进行探讨,以期帮助读者更好地理解和认识这一生物学现象。

表观遗传学重编程的基本概念:表观遗传学是研究基因表达模式受到遗传信息外的其他分子机制调控的学科。

重编程则是指在特定环境条件下,细胞内发生表观遗传修饰方式的重建,进而影响基因转录和表达的模式。

表观遗传学与遗传学在生物学中扮演着重要角色,它们共同决定了个体的发育和适应能力。

表观遗传学重编程的机制:表观遗传学重编程的机制主要包括DNA甲基化和组蛋白修饰。

DNA 甲基化是指通过在DNA分子中导入甲基基团,来改变基因的可读性和转录活性。

组蛋白修饰则是通过改变组蛋白蛋白质尾部的化学修饰,来调控基因的表达。

这两种修饰方式不仅可以独立作用,也可以相互影响,从而对基因转录和表达起到协同调控的作用。

表观遗传学重编程对生命现象的影响:表观遗传学重编程对个体的发育和适应能力起着重要作用。

在个体发育过程中,通过表观遗传学重编程,不同类型的细胞可以产生不同的表观遗传标记,从而使得同一套遗传信息在不同细胞中表达出差异化的特性。

在环境适应中,个体可以通过表观遗传学重编程来调整基因表达模式,以适应不同的环境压力。

此外,表观遗传学重编程也在疾病的发生、发展中扮演着重要角色,如肿瘤发生中的DNA甲基化异常等。

表观遗传学重编程的研究现状和未来展望:目前,表观遗传学重编程研究已经成为生命科学中热门的研究方向之一。

通过对重编程机制的深入研究,科学家们可以发现不同基因、不同细胞类型和不同环境下的表观遗传学特征,以期揭示其对生命现象的具体影响。

未来,表观遗传学重编程的研究将有助于我们更好地理解生物发育和疾病发生的机制,为疾病的治疗和生物技术的创新提供重要的理论基础。

认识疾病起源 探索细胞命运——记同济大学转化医学高等研究院研究员郭旭东

认识疾病起源 探索细胞命运——记同济大学转化医学高等研究院研究员郭旭东

认识疾病起源探索细胞命运——记同济大学转化医学高等研究院研究员郭旭东作者:暂无来源:《科学中国人》 2020年第12期武光磊人类第一次发现细胞距今已有300多年的历史。

随着科技和实验手段的进步,人们对细胞的认识由浅入深,引发了当今细胞生物学的兴起与发展。

细胞的命运改变与个体发育、疾病发生之间有着密切的联系,但决定细胞命运的因素是什么?依旧是一个未被揭示的谜。

同济大学转化医学高等研究院研究员郭旭东多年来一直从事细胞命运决定中的表观遗传机制研究,以非编码RNA在细胞重编程和干细胞分化等方面的表观遗传机制研究为主要方向,展开相关探索工作。

细胞之中存在一个怎样的世界?郭旭东一直不懈求索着。

兴趣成就科研人生兴趣,是理想的灯塔,也是引领郭旭东步入科研领域的钥匙。

因为是理科生出身,郭旭东对生物、化学、物理相关的理科专业一直都十分热爱。

同济大学自21世纪初期开始大力发展生物技术相关专业,并成立了同济大学生命学院。

基于此,郭旭东于2006年来到同济大学就读生物技术专业。

本科期间,他就有很多进入实验室的机会,并得以认识了之后的博士生导师康九红教授,在他的引导下,郭旭东正式进入细胞生物学领域。

创新是科研的灵魂所在。

博士期间,郭旭东的科研之路慢慢步入正轨。

他和研究团队针对诱导多能干细胞(iPS)形成机制不明确,限制了该技术发挥作用的现状,展开了一系列探索。

2012年,郭旭东所在团队发现了参与细胞重编程过程中的多个miRNA联合重编程因子共同发挥命运转变调节的重要作用,这对理解重编程这一细胞命运转变过程中的miRNA功能和通过重编程获得完整形态的iPS都具有重要的指导意义。

在科研梦想的牵引下,博士毕业后的郭旭东进入了同济大学生物医学工程流动站和同济大学附属东方医院再生所进行博士后研究。

两年半的博士后生涯是郭旭东科研的转折点。

期间,他致力于干细胞向心肌细胞分化的命运决定机制研究,迎来了科研人生的一个高光时刻,相关科研成果还成功发表在Cell子刊上。

表观遗传与疾病-表观遗传,细胞重塑与基因的转录调控

表观遗传与疾病-表观遗传,细胞重塑与基因的转录调控
Sodium bisulfite converts unmethylated cytosines of CpG dinucleotides to uracil or UpG
MCF7 MDA-231
组蛋白修饰和组蛋白密码(histone code)
乙酰化:histone acetyltransferases (HATs) Human proteins that possess HAT catalytic activity include: CREBBP, CDY1 , CDY2, CDYL1, CLOCK ELP3 , EP300 HAT1 KAT2A, KAT2B, KAT5 MYST1, MYST2, MYST3, MYST4 NCOA1, NCOA3, NCOAT TF3C4
twins that one can
develop a disease while
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
the other is fine
When this situation
occurs, researchers will
try to pinpoint the
environmental factors that
are responsible for the
4. Prions Note: DNA 甲基化和组蛋白修饰是可逆的,与上面相对应的逆过程分别 是: 去甲基化,去乙酰话,去磷酸化。。。。。
表观遗传的主要研究内容
1. DNA 甲基化对基因表达的影响 (正常发育和病变) 2. 组蛋白的修饰对基因表达的影响 3. X染色体的失活 4. 基因印记(gene imprinting) 5. 细胞的重编程-多能干细胞的诱导和分化
Identical Twins are

细胞重编程与表观遗传学调控

细胞重编程与表观遗传学调控

细胞重编程与表观遗传学调控当我们谈论细胞重编程和表观遗传学调控时,我们正在探讨生命科学领域两个非常重要的主题。

这两个主题不仅在基础研究领域有着深远的影响,也在临床医学和疾病治疗等方面具有重要的应用价值。

本文将介绍细胞重编程和表观遗传学调控的基本概念、研究意义,以及个人对这些领域的看法和展望。

细胞重编程是指将已经分化的成年细胞重新诱导回未分化状态,使其具有多向分化的潜能。

这一概念最初是由日本科学家山中伸弥于2006年提出的,他通过将四种转录因子导入到成纤维细胞中,成功地将这些成年细胞转化为多能干细胞。

细胞重编程的研究不仅为我们提供了认识细胞命运决定机制的新视角,也为再生医学、疾病建模等领域带来了新的可能性。

表观遗传学调控涉及到多个层面,包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等。

这些调控方式在不改变DNA序列的前提下,通过对基因表达的精细调控,实现了细胞命运的决定和细胞功能的分化。

表观遗传学调控就像一个“软开关”,可以灵活地开启和关闭特定基因的表达,进而影响细胞的生长、分化和凋亡。

细胞重编程和表观遗传学调控的研究为我们提供了一个全新的视角来看待生命的发展和变化。

从理论上讲,我们可以通过细胞重编程技术,将成年细胞转化为特定类型的细胞,这为临床上的疾病治疗和器官修复提供了新的思路。

而表观遗传学调控的研究则为我们在不改变基因序列的前提下,调节基因表达提供了可能。

然而,我们还应该清楚地认识到,这些技术目前还处于不断探索和完善阶段。

例如,细胞重编程过程中可能涉及到一系列复杂的生物学过程,这些过程如何相互作用仍需进一步阐明。

表观遗传学调控虽然为疾病治疗提供了新的方向,但如何在体内实现长期、稳定的表观遗传学修饰还需进一步研究。

未来,随着这些技术的不断发展和完善,我们可以预期:在临床医学领域,细胞重编程技术将为疾病治疗提供更多有效手段。

例如,通过将患者的成年细胞重编程为特定类型的细胞,可以为其提供自体移植的可行性,避免免疫排斥反应。

细胞分化重编程的研究进展

细胞分化重编程的研究进展

细胞分化重编程的研究进展细胞分化是指从同一源头的干细胞分裂产生各种不同类型的成熟细胞。

细胞分化虽然是一个自然的过程,但是该过程的机制尚不完全清楚。

有些细胞在某些情况下会发生分化重编程,进而成为不同类型的细胞。

分化重编程的研究已经引起了许多研究人员的极大兴趣。

细胞分化重编程的研究历史在过去的几十年中,细胞分化重编程得到了许多关注。

在1980年代,科学家们发现将细胞核转移到培养皿中的裸露卵细胞中,会导致核DNA重组和表达模式的重塑。

这被称为细胞核重编程。

随后,研究人员发现细胞重编程还可以是直接方法,比如紫花苜蓿素等化学物质。

在2006年,日本科学家山中伸弥通过将成体细胞核转移到干细胞中,创造了第一个人工诱导多能干细胞(iPS)的方法。

iPS 细胞是一种可重编程干细胞,它们可以分化成多种类型的成熟细胞。

此发现在生物医学领域产生了深远的影响。

研究细胞重编程的目的了解细胞分化重编程的机制对于解释我们的身体是如何形成的,以及如何治愈一些细胞因疾病而受损害的组织,具有非常重要的意义。

如果我们能够重编程皮肤细胞为肝脏细胞,那么肝炎等疾病的治疗将会变得更加容易。

细胞分化重编程的机制研究细胞分化重编程的机制研究涉及到多个方面,包括转录调控、表观遗传学和信号通讯等。

转录调控是控制基因表达的一个过程。

在神经发生中,多巴胺和血清素的信号通路会导致转录调控过程的变化。

通过探究这些信号通路的运作方式,研究人员能够了解如何将细胞从一种类型转化成另一种类型。

表观遗传学是指不影响基因序列的变化,但会对基因表达产生影响的进程。

基因异构化是表观遗传学的一种形式,它在细胞中移除某些基因,以防止它们被特定类型的细胞表达。

通过将表观遗传学和信号通讯的影响结合起来研究,研究人员可以更好地了解细胞分化和重编程的机制。

信号通讯是细胞间交流的一个重要过程。

信号分子(例如激素和生长因子)将各个细胞连接在一起,形成功能区域。

通过深入了解这些信号分子是如何工作的,研究人员可以更好地了解细胞分化和重编程的机制。

细胞诱导和重编程的分子机制

细胞诱导和重编程的分子机制

细胞诱导和重编程的分子机制细胞诱导和重编程,是现代生物技术领域中的两个重要课题。

细胞诱导是指通过引导细胞特定的细胞生长因子、化学物质和环境,使成熟细胞再次表达胚胎干细胞相关的特性,从而获得多能性细胞。

而重编程,则是指将已经分化成熟的细胞再次转变成为多能性细胞或干细胞,并通过控制这些多能性细胞向特定细胞系进行分化,满足人们对于干细胞的需求。

本文将从分子机制的角度出发,探讨细胞诱导和重编程的原理和应用。

细胞诱导的分子机制细胞诱导技术的实现依赖于多种分子机制,其中最为关键的是转录因子和表观遗传学因素的调控作用。

转录因子可以影响基因表达,从而控制细胞特定表型的表达,包括胚胎发育过程中的干细胞和成熟细胞的分化。

在细胞诱导过程中,研究人员以四个核心因子(Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc)为代表,通过病毒载体将这些转录因子导入成熟细胞中,一定程度上激活了细胞内干细胞相关的关键基因的表达。

同时,表观遗传学机制的调控也在细胞诱导过程中发挥至关重要的作用。

表观遗传学机制主要包括DNA甲基化和组蛋白修饰两个方面,这两个方面的变化都可以影响到基因表达的调节网络。

因此,将表观遗传学修饰因素与转录因子联合应用,可以最大化挖掘细胞潜在的多能性,从而实现细胞诱导技术的应用。

细胞重编程的分子机制细胞重编程,与细胞诱导类似,都涉及到转录因子和表观遗传学因素的调控。

但与细胞诱导不同的是,细胞重编程是将已经分化成熟的细胞再次转化为多能性干细胞或诱导多能性干细胞。

人类重编程实验震惊全球的一幕是,通过导入人工合成的mRNA,将人类成熟的皮肤细胞直接转化为多能性干细胞,避免了病毒载体可能带来的基因突变和细胞的恶病质化的副作用。

从分子机制的角度上,这一技术的实现离不开mRNA转染技术的进步以及转录因子和表观遗传学因素的完美组合。

通过mRNA的转染,可以实现转录因子基因的快速高效表达,同时避免潜在的基因突变和细胞恶化。

而表观遗传学机制的调节,通过组蛋白修饰等手段,可以控制细胞内的多能性基因的表达,从而实现成熟细胞向多能性干细胞的转化,进而实现多方面的应用。

细胞重编程技术的发展及其应用

细胞重编程技术的发展及其应用

细胞重编程技术的发展及其应用随着现代医学技术的不断进步,细胞重编程技术已成为当前热门话题之一。

细胞重编程技术是一种将成体细胞重新编程为相对干细胞(induced pluripotent stem cells, iPS细胞)的技术,近年来引起了人们的极大关注。

细胞重编程技术的背景细胞重编程技术是由两位日本科学家山中伸弥和吉野彰于2006年发明的。

在这项技术的帮助下,成体细胞(目前已经成功转化的种类包括亲子生殖细胞、神经细胞、肝细胞、心脏细胞等等)可以通过某些物质的作用来“发育”成为未分化的多潜能细胞状态,即iPS细胞。

这种技术的出现,从某种角度上讲,就是打破了细胞发育的“规则”,也为细胞生物学和医学带来了前所未有的革命性变化。

细胞重编程技术的原理细胞重编程技术的原理是越来越清晰和准确的,主要基于细胞内部的生物化学及遗传学,利用某些特殊的因子让成体细胞产生多能性,这一过程中包括转录因子和表观遗传调控因素的介入,从而实现细胞的“重编程”。

转录因子是一类具有转录激活功能的调节性蛋白质,这些蛋白质在基因表达上有非常重要的作用。

iPS细胞的形成过程中,通过在成体细胞中外源表达一些特定的转录因子,再通过补充一些特定的化学物质,就能使细胞发生某些“幻变”,进而促进其发育成为未分化状态的细胞。

表观遗传调控因素在iPS细胞培养和生长中也起着重要作用。

这些因素控制着基因表达和基因功能的重要性,通过在细胞质内分化分子发挥作用,帮助细胞完成干性转变,促进细胞的再生和“重编程”。

细胞重编程技术的应用细胞重编程技术的应用体现出了其广泛的应用前景和巨大的潜力,既包括基础研究,也逐渐透过临床应用研究,以解决人类健康问题。

基础研究领域应用:1. 疾病机制研究:iPS细胞技术可以使研究人员得到大量病变修建,从而对疾病发生机制进行深入研究。

例如,人类iPS细胞可以用于遗传学和肿瘤学等领域的基础研究。

2. 药物筛选:iPS细胞可以用于药物筛选,这有助于大量化、多样性、来自不同种族和疾病的样本进行大规模筛选。

表观遗传学重编程

表观遗传学重编程

表观遗传学重编程:DNA甲基化和组蛋白修饰一、引言表观遗传学研究的是在不改变DNA序列的情况下,基因表达的改变如何影响生物体的功能和发育。

表观遗传学重编程是通过调控基因表达,改变细胞命运的过程。

这个过程涉及到许多不同的机制,其中最重要的两种是DNA甲基化和组蛋白修饰。

二、DNA甲基化DNA甲基化是指通过在DNA分子上添加甲基基团,改变DNA序列的化学性质,从而影响基因表达的过程。

这种修饰可以通过在胞嘧啶上添加甲基基团(形成5-甲基胞嘧啶)或通过在腺嘌呤上添加甲基基团(形成6-甲基腺嘌呤)实现。

DNA甲基化通常会抑制基因表达,这是因为它可以阻止转录因子和其他DNA结合蛋白与DNA的特定区域相互作用。

这种抑制作用通常发生在基因的启动子区域,这是转录因子结合位点,以促进或阻止基因转录的地方。

三、组蛋白修饰组蛋白是包裹在DNA上的蛋白质,它们共同构成了染色质。

组蛋白修饰是指通过添加或移除化学基团(如甲基、乙酰基等)来改变组蛋白的化学性质,从而影响基因表达的过程。

组蛋白修饰可以影响染色质的结构,从而影响基因的表达。

例如,当组蛋白被乙酰化时,染色质会变得更加松散,这通常会促进基因的表达。

相反,当组蛋白被甲基化时,染色质会变得更加紧密,这通常会抑制基因的表达。

四、结论表观遗传学重编程是一个复杂的过程,它涉及到许多不同的因素和机制。

在这个过程中,DNA甲基化和组蛋白修饰是两个最重要的因素。

它们可以影响基因的表达方式,从而改变细胞的命运和功能。

这些修饰的过程可以被调控和操作,这为未来的生物医学研究提供了新的可能性和挑战。

例如,通过理解如何调控这些修饰过程,科学家们可能能够开发出新的治疗方法来治疗某些疾病,或者改变细胞的命运用于再生医学。

细胞分化和细胞重编程研究

细胞分化和细胞重编程研究

细胞分化和细胞重编程研究随着生物技术和分子生物学的进步,细胞分化和细胞重编程都成为了研究热点之一。

细胞分化是指细胞从无定向的幼稚状态转化为特定的细胞类型,而细胞重编程则是指细胞从成熟状态重新回到幼稚状态的过程。

细胞分化的基本机制是细胞命运决定的分子调控网络。

这个过程是复杂的,并涉及到许多关键基因和信号通路。

研究发现,不同细胞类型的基因表达谱有显著的差异,这反映了不同细胞类型的功能和特征。

细胞分化的过程有时需要改变基因表达谱,这通常是通过转录因子和表观遗传修饰实现的。

另一方面,细胞重编程是一种可以从成熟细胞重新获得幼稚状态的技术。

这提供了一种可以在体外制造大量干细胞的方法。

细胞重编程一般是通过基因转移、转录因子和化学物质等方式实现。

其中,基因转移是指将体细胞的DNA移植到核空染色体中,从而实现细胞状态的转化。

转录因子则是通过直接影响细胞命运决定的基因表达,来实现细胞转化的过程。

化学物质则是通过直接作用于细胞,改变细胞的状态。

细胞分化和细胞重编程之间存在许多联系和相互影响。

例如,在细胞重编程的过程中,某些细胞可能会在中间状态下停留,表达了既表现出幼稚性又表现出成熟性的基因。

这些中间状态的细胞可能就是转化中的状态,提供了将重编程与分化相结合的可能性。

此外,研究发现一些组蛋白修饰因子对细胞分化和重编程都至关重要,因此有必要探究这些因子和机制在两个过程之间的相互作用。

最近的一些研究表明,细胞分化和重编程根据其基础机制和应用领域,也存在一定的差异。

例如,细胞分化在生物体内是一种正常的生理过程,而细胞重编程则主要在实验室中进行,用于获得大量的ES细胞或iPS细胞。

此外,在应用方面,细胞重编程有着广泛的医学和生物学应用,尤其是在组织再生和干细胞治疗方面。

而细胞分化则着重于理解细胞命运的决定机制,以及探究如何应用这些机制来治疗疾病。

总之,细胞分化和细胞重编程都是生物学和生命科学领域中的重要研究方向。

对于两者的探究,不仅有助于我们深入理解生命科学的本质,而且也有着广泛的医学应用前景。

《ATM基因在体细胞重编程过程中的作用及机制研究》范文

《ATM基因在体细胞重编程过程中的作用及机制研究》范文

《ATM基因在体细胞重编程过程中的作用及机制研究》篇一一、引言随着生物技术的快速发展,体细胞重编程成为了当前生命科学研究的热点之一。

而在这个过程中,各种基因的表达与功能发挥了关键的作用。

ATM(Ataxia-telangiectasia mutated)基因,作为调控细胞周期、DNA损伤修复和信号转导等重要生物学过程的关键基因,在体细胞重编程中扮演着重要的角色。

本文将就ATM 基因在体细胞重编程过程中的作用及机制进行深入研究与探讨。

二、ATM基因简介ATM基因,也称为ATR(Ataxia-telangiectasia and Rad3 related)基因家族的一员,是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。

该基因在DNA损伤修复、细胞周期调控以及细胞凋亡等生物学过程中发挥着重要作用。

当细胞遭遇DNA损伤时,ATM基因能够感应并激活一系列的信号转导通路,以修复损伤或启动细胞凋亡程序。

三、ATM基因在体细胞重编程中的作用体细胞重编程是指将已经特化的体细胞重新编程为多能性干细胞的过程。

在这个过程中,ATM基因的作用主要体现在以下几个方面:1. 保护DNA损伤:在体细胞重编程过程中,由于基因表达和染色体重排等操作,容易产生DNA损伤。

ATM基因能够感应DNA损伤信号,并激活DNA损伤修复机制,保护细胞免受进一步损伤。

2. 调控细胞周期:ATM基因通过调控细胞周期相关蛋白的磷酸化,影响细胞周期的进程。

在体细胞重编程过程中,通过调控细胞周期,可以确保重编程过程的顺利进行。

3. 促进多能性干细胞的生成:研究表明,ATM基因的表达水平与多能性干细胞的生成密切相关。

适当调节ATM基因的表达,有助于提高体细胞重编程的效率。

四、ATM基因在体细胞重编程中的机制研究对于ATM基因在体细胞重编程中的机制,目前主要有以下几个方面的研究:1. 信号转导通路:ATM基因能够感应DNA损伤信号,并通过一系列的信号转导通路激活下游的基因表达。

重大研究计划细胞编程和重编程的表观遗传机制

重大研究计划细胞编程和重编程的表观遗传机制

附件:重大研究计划“细胞编程和重编程的表观遗传机制”2010年度项目指南本重大研究计划旨在通过对细胞编程与重编程的分子机制的研究,深入探讨细胞增殖、分化和发育过程中的表观遗传机制,为阐明干细胞定向分化和诱导性多能干细胞(iPS)形成的分子机制、解析疾病发生发展的机理、探索组织修复和器官重建的分子机制及药物研发提供理论基础。

2010年度项目指南仍将紧紧围绕细胞编程和重编程的表观遗传机制这一科学问题,同时考虑到2008与2009年度项目指南的具体实施与资助情况,本年度将更加注重“集中目标、重点突破”的策略,力争取得一批有代表性的研究成果。

一、科学目标应用多学科交叉的研究手段,认识细胞编程和重编程过程中表观遗传信息形成、维持和作用的规律和特点,阐明表观遗传调控在细胞生长、发育和环境适应等方面的作用机理,揭示表观遗传网络组成、进化和运行的机制。

二、核心科学问题2010年将围绕以下五个核心科学问题开展研究:(一)表观遗传信息建立和维持的分子机制。

(二)干细胞定向分化过程中的表观遗传机制。

(三)体细胞重编程的表观遗传机制。

(四)组织器官发育与再生过程中的表观遗传机制。

(五)表观遗传信息网络的起源与进化。

三、2010年拟资助经费和项目数鼓励科学家在资助方向框架内选择明确的科学问题自由申报项目。

本年度资助的主要研究方向:(一)表观遗传信息建立和维持的分子机制。

深入探讨表观遗传调控因子(包括蛋白因子、非编码RNA分子和其他可能参与表观遗传调控的生物大分子)的功能与调控机制;探讨核小体组装、“组蛋白密码”的组成、识别和作用的机制;研究染色质高级结构及异染色质与常染色质转换的调控机制及功能;阐明重要信号转导通路与表观遗传调控的作用方式及机制。

(二)干细胞定向分化过程中的表观遗传机制。

深入研究干细胞定向分化过程中DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质可塑性变化的规律和特点;探讨与干细胞定向分化密切相关的关键因子的作用机制和调控网络;研究干细胞分化过程中细胞信息的编程/重编程和基因表达的谱式与细胞表型和细胞周期之间的关系;探讨干细胞定向分化的新机制;探索癌症干细胞的生物学特性,特别是其基因表达谱式的特点和决定这种特点的表观遗传因素及其成瘤过程中的表观遗传调控机制。

细胞分化和重编程的表观遗传调控机制

细胞分化和重编程的表观遗传调控机制

细胞分化和重编程的表观遗传调控机制细胞是生物体的最小功能单位,一个多细胞生物体内的各个部分都是由不同种类的细胞组成的。

不同类型的细胞在形态、生理功能、代谢途径、基因表达等方面都具有差异,这种差异是由于细胞的基因表达谱不同所导致的。

细胞分化和重编程是维持生物体正常生长发育的关键过程,这两个过程涉及到复杂的表观遗传调控机制。

细胞分化是指在胚胎发育过程中,在特定的时间和空间形成特定细胞类型的过程。

同时,在成体发育过程中,细胞也会分化为特定类型的细胞来保持器官和组织的结构和功能。

在细胞分化的过程中,细胞表观遗传调控的改变是非常显著的。

在细胞分化时,分化细胞中不同基因的表达谱会发生改变,这一过程受多种调节因素的影响。

最主要的影响因素是转录因子和敲除某些基因的基因表达调控因子。

在分化过程中,某些转录因子的表达水平会骤然升高或降低,以致于其诱导的基因的表达环境发生相应的改变。

在人体内,典型的细胞分化是胚胎发育过程中的分化和成体组织细胞的分化。

在胚胎发育过程中,位于受精卵中心的细胞被称为初生细胞。

随着胚胎发育进程的推进,这些细胞会分化为各类三胚层细胞,包括外胚层细胞、内胚层细胞和中胚层细胞。

成体发育过程中,细胞的分化主要涉及个体各组织和器官中特定细胞类型的形成。

除了细胞分化,细胞重编程也是影响细胞表观遗传调控的过程。

细胞重编程是指在细胞分化过程中,转变某些细胞的表观遗传状态,使其变回多能性干细胞或诱导多能性干细胞的过程。

细胞重编程是在细胞质中重新调整染色体的表观遗传状态,来实现全基因组的重新组合和表达谱的重置。

重编程可以使不同的细胞类型重新变回“空白”的状态,从而根据特定的分化诱导条件,选择性地分化为不同的细胞类型。

对于细胞重编程的研究有两个重要的方面: 一是多能性干细胞的重编程,另一个是从体细胞直接诱导成体细胞到多能性干细胞的重编程。

研究人员在不断努力提高重编程效率的同时,也在努力理解重编程机制。

在细胞重编程过程中,许多先前活跃的基因会被重新激活,而一些细胞特异性基因则会被抑制。

代谢重编程 表观遗传 肿瘤干细胞 纳米递送

代谢重编程 表观遗传 肿瘤干细胞 纳米递送

代谢重编程表观遗传肿瘤干细胞纳米递送代谢重编程、表观遗传、肿瘤干细胞和纳米递送是当前生物医学研究中备受关注的四个重要概念。

它们在癌症治疗和疾病防控方面具有重要的应用潜力。

本文将深入探讨这些概念,分析其原理和应用,并总结其中的关系和前景。

一、代谢重编程代谢重编程是指细胞内代谢途径的改变,这种改变可以通过改变代谢途径中特定酶的表达水平来实现。

代谢重编程通常发生在细胞增殖和分化的过程中,也是肿瘤细胞生长和转移的一个重要特征。

通过对代谢途径的调节,可以改变细胞的能量代谢和物质合成过程,进而影响肿瘤细胞的生长和转移。

在代谢重编程中,一种重要的概念是“战胜克隆选择”。

这指的是一种通过调节代谢途径来提高肿瘤细胞的适应性和生存能力的策略。

通过增加特定代谢途径的产物或抑制特定代谢酶的活性,可以使肿瘤细胞从中获益,从而增强其生长和转移能力。

二、表观遗传表观遗传是指在基因组DNA序列不变的情况下,通过染色质结构、DNA甲基化和组蛋白修饰等方式来调节基因表达的现象。

表观遗传在生物发育、细胞分化和疾病发生中起着重要的调控作用。

肿瘤的发生和发展与表观遗传紧密相关。

在肿瘤中,DNA甲基化和组蛋白修饰不正常,导致基因沉默和启动子区域的失活。

表观遗传的异常可以导致细胞增殖和转移相关基因的异常表达,从而促进肿瘤的发生和发展。

三、肿瘤干细胞肿瘤干细胞是一小部分在肿瘤中具有自我更新能力和分化潜能的细胞群体。

它们被认为是肿瘤起始细胞,并在肿瘤的发生、发展和复发中起着关键的作用。

肿瘤干细胞具有自我更新和多向分化的能力。

它们可以通过自我更新产生更多的肿瘤干细胞,同时也可以分化为不同类型的肿瘤细胞。

肿瘤干细胞的存在和功能特点使得肿瘤对传统治疗方法具有一定的抵抗性和复发倾向。

四、纳米递送纳米递送是一种应用纳米技术将药物或其他活性物质精确地传递到特定的细胞或组织中的方法。

纳米颗粒作为药物载体,可以通过改变粒径、形状、表面性质和释放方式来实现药物的精确控制释放。

细胞重编程的机制研究及应用

细胞重编程的机制研究及应用

细胞重编程的机制研究及应用细胞重编程是指通过一系列的基因调控和表观遗传学修饰等手段,将成熟的成体细胞重新回到未分化阶段,并通过再分化实现特定细胞类型的生成。

这种技术对于研究细胞分化及发育等过程、产生人工干细胞等有着重要的应用。

一、细胞重编程的机制目前,细胞重编程主要有两种方式:克隆及诱导。

1、克隆方式细胞克隆是指将成体细胞克隆出一个与原正常细胞相同的细胞。

克隆是通过将成体细胞核移植到空卵母细胞中实现的。

由于核内携带着DNA信息,因此克隆后的细胞和克隆主体的DNA是完全一样的。

从理论上来讲,如果空卵母细胞能够在培养皿中发育成为胚胎,而后者能够成长为新生物体,克隆就可以成功。

但是,目前细胞克隆被认为是非常困难的,因为很难使人工培养的克隆生物更进一步。

这跟获得的副产物、操作复杂等有关,克隆技术在临床上也几乎无甚可用之处。

2、诱导方式诱导方式是通过对成熟成体细胞的基因调控,使细胞再次回到早期干细胞的分化状态,并且通过不同的分化途径实现后期特定细胞的生成。

这就是一种称之为节段重编程的技术方法。

目前已经被证明,几乎所有细胞都存在能够诱导细胞命名代的核程序,并且可以通过合理的操作实现重新编程。

细胞重编程的最初实践在胚胎中实施,然而,由于胚胎本身具有伦理问题及技术难度,科学家们开始探寻使用成体细胞进行诱导重编程的可能性。

二、细胞重编程的应用1、疾病模型研究使用细胞重编程技术,可以通过将患者的皮肤细胞等变成诱导性多能干细胞,而后将其再分化为受影响的细胞类型,这样一来就能精确地模拟疾病过程。

通过这种方式,研究人员能够研究不同疾病的起始机制及防治方法,也可以向患者提供更加针对性的治疗方案。

2、组织工程学和人工智能在组织工程学中,细胞重编程技术可被用于分化移植器官所必需的不同细胞类型。

利用这种方式,产生人类肝脏、胰腺等组织的可能性扩大了许多。

通过搭载着人工智能的技术,可大幅度降低一些构建组织的时间和成本。

总的来说,随着细胞重编程技术的不断发展,在生命科学研究、再生医学和组织工程学等领域的应用将变得更加广泛。

细胞分化与重编程机制

细胞分化与重编程机制

细胞分化与重编程机制细胞分化和重编程机制是细胞生物学的两大核心概念之一。

细胞分化是指由原始干细胞分化出不同类型的细胞,重编程则是指将一种类型的细胞转化为另一种类型的细胞。

在近年来的研究中,我们逐渐发现了许多关于细胞分化和重编程机制的重要信息,这不仅对人体健康有着巨大的意义,同时也为医学治疗领域的研究提供了奠基性的信息。

一、细胞分化的机制1.基因调控在细胞分化过程中,许多基因的表达水平发生变化。

这些基因的表达水平可以通过启动子和转录因子来控制。

转录因子是一种能够结合到DNA上的蛋白质,它们可以激活或抑制基因的表达。

在干细胞的分化过程中,一些基因会被激活,而另一些基因则会被抑制。

这种基因调控的过程决定了细胞的特异性。

2.表观遗传学表观遗传学是指一些基因表达调控之外的遗传过程。

它包含了DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等。

在细胞分化过程中,这些表观遗传学机制会发生变化,从而导致基因表达水平的改变。

例如,DNA甲基化可以在DNA上添加化学标记,从而阻碍转录因子结合到DNA上,这样就能够下调基因的表达。

3.信号通路在细胞分化过程中,外部信号可以改变细胞内的代谢通路和蛋白质表达,从而改变细胞的特性。

在某些情况下,外部信号也可以激活内部信号通路,从而影响基因的表达。

一些激素和生长因子可以通过这种方式影响干细胞的分化和重编程。

二、细胞重编程的机制1.全核转移全核转移是指从一个细胞中取出其细胞核,并将其转移到另一个细胞中。

这样做能够将捕获的细胞核中的DNA和表观遗传标记重新引入到新细胞中,从而改变新细胞的特性和功能。

2.细胞核再程序化细胞核再程序化是指将细胞核中的DNA重新编程,使其具有干细胞的特性。

这种技术可以通过删除、添加或编辑DNA序列来实现。

在进行这种处理之后,细胞的表观遗传标记也会发生变化,从而使得细胞重获自发分化的能力。

3.转录因子的再编程通过引入一些特定的转录因子,科学家可以将一些类型的细胞转化为另一些类型的细胞。

首席专家简介

首席专家简介

首席专家简介姓名中文宋旭性别男外文Song, Xu出生日期1973.1.29出生地贵州省贵阳市国籍中国毕业院校中文中国协和医科大学, 微生物与生化药学博士及专业、学位英文Peking Union Medical college, Doctor of Philosophy in Microbiology and BiochemistryPharmacy公司名称中文成都福际生物技术有限公司职务董事长公司地址英文天府大道北段1480号1号楼A座E-11附1号邮编610041 宋旭博士主要从事肿瘤相关长非编码RNA的研究。

长非编码RNA的研究是目前遗传学及分子生物学研究的一个国际、国内最热门也是最前沿的领域,长非编码RNA失调与多种疾病密切相关。

宋旭是该领域最早的开拓人之一,目前在该领域是国际领先的地位。

宋旭在美国参与的配体靶向药物-Icon已进入一期临床试验,实验证明该药物对多种实体瘤,如前列腺癌、黑素瘤、乳腺癌等具有明显的疗效。

在国内研发的抗肿瘤药物FVII-LDM为2009年“重大新药创制”国家科技重大专项资助项目,该专项是依据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》的部署,由国务院按照“公布指南、自由申请、专家评审、择优选择”的方式组织实施。

该项目旨在开发一种具有自主知识产权和较强创新性的配体靶向抗肿瘤药物,该药物将有望成为具有较好临床效果和市场价值的国家一类新药。

目前已进入临床前研究阶段。

教育背景1989-1993: 四川大学,微生物学专业本科1993-1996: 四川大学,遗传学专业硕士1996-1999: 中国协和医科大学,微生物与生化药学专业博士工作经历1999-2001:耶鲁大学医学院,博士后2002-2005:耶鲁大学医学院,研究助理教授2006-2008:四川大学生命科学学院,教授、博导,四川省分子生物学及生物技术重点实验室主任、四川大学功能基因组和生物信息学研究中心主任2008-目前:四川大学生命科学学院,二级教授2011-目前:成都福际生物技术有限公司,研发总监近5年主持的基金情况(共计1200余万元)1、科技部973课题,课题名称:非编码RNA在恶性肿瘤发生发展及侵袭转移中的作用,项目批准号:2011CB504203,时间:2011年1月-2015年8月,经费:480万元(课题负责人)2、国家自然科学基金,项目名称: MALAT-1 RNA诱导细胞恶性转化的作用机制研究,项目批准号:30971634,时间:2010年1月-2012年12月,经费:32万元(项目负责人)3、基金委“细胞编程和重编程的表观遗传机制”重大研究计划,项目名称:大分子非编码RNA的筛选及作用机制研究,项目批准号:90919005,时间:2009年1月-2011年12月,经费:60万元(项目负责人)4、科技部“重大新药创制”科技重大专项,项目名称:新型抗肿瘤靶向药物FVII-LDM重组强化融合蛋白的研制,项目批准号:2009ZX09103-698,时间:2009年1月-2010年12月,经费:150万元(项目负责人)5、国家自然科学基金,项目名称:“垃圾DNA”序列与功能之间关系的研究,项目批准号:30700459,时间:2008年1月-2010年12月,经费:24万元(项目负责人)6、教育部博士点基金,项目名称:与PSF蛋白相互作用的逆转座子RNA作用机制研究,项目批准号:20070610170,时间:2008年1月-2010年12月,经费:6万元(项目负责人)7、教育部留学回国人员科研启动基金,项目名称:与PSF蛋白相互作用的大分子调控性非编码RNA研究,项目批准号:20071108-18-9时间:2008年1月-2010年12月,经费:3万元(项目负责人)8、教育部985项目经费:2006年1月-2011年1月,经费:500万元(项目负责人)曾入选人才计划2011年,教育部新世纪优秀人才计划,50万元专业协会任职1、四川省遗传学会副理事长2、中国老年学学会衰老与抗衰老科学委员会副主任委员3、中国药理学会肿瘤药理专业委员会委员4、中国抗癌协会抗癌药物专业委员会委员代表性论文1.Wang G, Cui Y, Zhang G, Garen A and Song X*. Regulation ofproto-oncogene transcription, cell proliferation, and tumorigenesis in mice by PSF protein and a VL30 noncoding RNA. Proc. Natl. Acad.Sci. U S A.,2009,106 (39) 16794-98(通讯作者)(影响因子9.5) 2.Li L,Feng T, Lian Y, Zhang G,Garen A and Song X*. Role of humannoncoding RNAs in the control of tumorigenesis. Proc. Natl. Acad. Sci.U S A.,2009,106 (31):12956-61(通讯作者)(影响因子9.5)3.Garen A, Song X. Regulatory roles of tumor-suppressor proteins andnoncoding RNA in cancer and normal cell functions.Int J Cancer. 2008, 122(8):1687-9(影响因子4.7)4.Song X, Sun Y, Garen A. From the cover: Roles of PSF protein and VL30RNA in reversible gene regulation. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. ,2005 Aug 23;102(34):12189-93.封面论文 (影响因子9.5)5.Song X., Sui A. & Garen A.Binding of mouse VL30 retrotransposon RNAto PSF protein induces genes repressed by PSF: Effects on steroidogenesis and oncogenesis. Proc. Nat.l Acad. Sci. U S A. 2004;101(2): 621-6(影响因子9.5)6.Song X., Wang B., Bromberg M., Hu Z. Konigsberg W. & Garen A.Retroviral-mediated transmission of a mouse VL30 RNA to human melanoma cells promotes metastasis in an immunodeficient mouse model. Proc.Natl. Acad. Sci. USA. 2002; 99: 6269-6273.(影响因子9.5)7.Song X, Bao M, Li D, Li Y. Advanced glycation in D-galactose inducedmouse aging model. Mech Ageing Dev, 1999, 108:241-253. (影响因子4.3) 授权专利1、人黑色素瘤细胞特异表达的长非编码RNA序列及其用途,200910059953.42、人黑色素瘤细胞相关的长非编码RNA及其用途,200910059954.9。

细胞重编程的分子基础和应用

细胞重编程的分子基础和应用

细胞重编程的分子基础和应用细胞重编程是指从一种细胞类型转变为另一种细胞类型的过程,在细胞发育和组织再生中具有重要的生物学意义和潜在的医学应用。

一般而言,细胞重编程涉及到转录因子、表观遗传学修饰、信号通路等多种分子机制,本文将从分子基础和应用两个方面介绍细胞重编程的相关内容。

一、分子基础1. 转录因子细胞重编程最早的成功实验是通过转录因子的直接转导实现的。

在2006年,日本学者山中伸弥等人利用四种转录因子Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc,成功将成纤维细胞(fibroblast)重编程为诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)。

其中,Oct4和Sox2是促进细胞分化为神经元的关键因子,Klf4则参与多种细胞过程的调控,c-Myc则与细胞增殖和生长相关。

这一重大突破为细胞重编程的开创提供了理论基础和实验依据。

2. 表观遗传学修饰转录因子只是细胞重编程的一个方面,在过程中,表观遗传学修饰也是至关重要的。

研究表明,DNA甲基化、染色质构象和染色质修饰等都可以影响细胞转录程序的进行,进而影响细胞的分化状态。

一个典型的例子就是DNA甲基化。

在正常情况下,非特异性DNA甲基转移酶DNMT3B可以将DNA合成后的胞嘧啶通过甲基化反应转化为胞嘧啶甲基化物,在这一过程中紧紧把控了调控基因的表达,使得成纤维细胞等确定性细胞保持其细胞命运。

但在细胞重编程时,这种机制需要被逆转才能让细胞回到较初期的未分化状态。

因此,通过将DNA甲基化剂等入侵到细胞内,可以使细胞快速回到干细胞状态或转化为非本应分化的特化细胞。

3. 信号通路在细胞重编程中,信号通路对转录因子进行调控也扮演着重要的角色。

在细胞分化的不同阶段,不同的信号通路发挥着作用:如细胞分裂因子、细胞凋亡因子、神经生长因子等,均能通过它们的特殊受体及其表达调控细胞的生长、增殖和分化。

经典的信号通路包括Wnt、FGF、TGF-β等,它们分别通过不同的信号分子和途径,影响着细胞生长和分化。

细胞重编程及其意义的探究-赵茜.doc.

细胞重编程及其意义的探究-赵茜.doc.

细胞重编程及其意义的探究赵茜3090100818 竺可桢学院理工平台0906摘要:2008年12月Science杂志评出的2008年十大科学进展(Breakthrough of the year)中细胞重编程被评为第一位。

这项研究几乎在一夜之间开启了一个生物学的新的领域,它有希望成就挽救生命的医学上的进步。

本文主要介绍了细胞重编程和实现的三种手段:细胞核移植、细胞融合、特定转录基因诱导,并介绍了细胞重编程与表观遗传学调控的联系和它在理论和实际应用中的意义,探讨了细胞重编程的现状和发展方向。

关键词:细胞重编程;表观遗传学;核移植;多能干细胞;疾病ips细胞系;植物组织培养已经广泛用于农业生产,它的理论依据即是细胞全能性:高度分化的离体植物体细胞能重新发育成完整植株。

而其根本原因在于体细胞的细胞核有该物种生长发育所需的全部基因。

人的体细胞也具有全能性,但是人的体细胞却不能经过脱分化、再分化,像植物一样形成新的个体。

相类似的,怎样实现从已分化的细胞到多功能干细胞到完整个体的转化呢?“十一五”期间,国家自然科学基金委员会启动了一个重大研究项目——“细胞编程和重编程的表观遗传机制”,上面的问题就与细胞的重编程有关。

在这个尚未被深度挖掘的领域,我国与世界的水平相差很小,它给我们生物领域的发展创造了良好的机遇。

把握研究方向,在重编程领域有所突破,不仅提升了我国的生物领域的实力,也对于实际的应用有重要意义。

既然细胞重编程如此重要,那么什么是细胞重编程?它的现阶段成果,未来动向和意义又是什么呢?1细胞重编程的定义简单来说分化的细胞在特定的条件下被逆转后恢复到全能性状态,或者形成胚胎干细胞系,或者进一步发育成一个新的个体的过程。

分化是基因选择性表达的结果,而并没有改变遗传物质,而重编程在某正意义上就是分化的一个逆转。

2细胞重编程的实例和思考2,1 核移植人体的细胞可不可以向植物细胞那样,实现重编程呢?从较低等生物开始,人类进行了体细胞核移植的探索。

细胞生物学中的细胞分化与细胞重编程

细胞生物学中的细胞分化与细胞重编程

细胞生物学中的细胞分化与细胞重编程绪论细胞是构成生物体的最基本单位,而细胞生物学则是研究细胞结构、功能和发育等相关问题的学科。

细胞分化和细胞重编程是细胞生物学领域中两个重要而复杂的研究方向。

本文将重点探讨细胞分化和细胞重编程的概念、机制以及相关应用。

第一章细胞分化的概念与机制1.1 概念细胞分化是指由单一全能细胞逐渐特化为不同形态和功能的细胞的过程。

在生物发育过程中,细胞分化是一种高度有序的现象,常常伴随着基因表达的差异和形态结构的改变。

1.2 机制细胞分化的过程受到多种内外因素的调控。

其中,基因表达调控在细胞分化中起着重要作用。

通过转录因子的调控和表观遗传修饰的变化,细胞可以在基因表达水平上产生差异,从而实现分化为特定细胞类型。

第二章细胞重编程的概念与应用2.1 概念细胞重编程是指通过人工手段将已分化的细胞重新转变为全能状态的过程。

细胞重编程可以通过不同的方法实现,如核移植、基因转导等。

2.2 应用细胞重编程在医学研究和再生医学领域具有重要的应用价值。

通过细胞重编程,可以获得全能干细胞,即诱导性多能干细胞(iPSC),这为研究人类发育过程、疾病模型的建立以及药物筛选等提供了有力的工具和平台。

第三章细胞分化与细胞重编程的关系3.1 细胞分化与细胞重编程的相似性细胞分化和细胞重编程虽然在某些方面存在差异,但也有许多相似之处。

两者都涉及到细胞形态结构的改变和基因表达的重新调控。

此外,细胞重编程可以通过逆转细胞分化过程实现,从而恢复细胞的全能状态。

3.2 单细胞转录组学的应用随着单细胞转录组学技术的发展,研究者可以更好地揭示细胞分化与细胞重编程的细节和机制。

通过对单个细胞的基因表达谱进行测序,可以了解细胞在分化和重编程过程中的转录谱差异,从而深入理解这两个过程的调控方式。

结论细胞分化和细胞重编程是细胞生物学中的重要研究方向,对于理解生物发育和疾病发生机制具有重要意义。

通过研究细胞分化和细胞重编程的概念、机制以及相关应用,我们可以更好地揭示细胞的多样性和可塑性,为生物医学领域的研究和应用提供理论指导和技术支持。

表观遗传学重编程

表观遗传学重编程

表观遗传学重编程摘要:一、表观遗传学重编程的定义与背景二、表观遗传学重编程的过程与原理三、表观遗传学重编程在生物科技领域的应用四、表观遗传学重编程的挑战与未来展望正文:表观遗传学重编程,是指通过调控基因表达来实现细胞命运的转变。

这一概念的提出,为生命科学研究和医学发展带来了新的启示。

本文将从定义、原理、应用和未来挑战等方面,详细介绍表观遗传学重编程的相关知识。

首先,我们需要了解表观遗传学重编程的定义和背景。

表观遗传学,是指研究基因表达调控的一门科学。

它告诉我们,基因序列不发生改变的情况下,细胞命运依然可以通过调控基因表达来实现转变。

这一发现为生物学和医学研究带来了新的突破口,使得我们有可能通过调控基因表达来实现细胞的分化、重编程等过程。

其次,我们来探讨表观遗传学重编程的过程与原理。

这一过程涉及到一系列复杂的分子机制,包括组蛋白修饰、非编码RNA 调控、染色质重塑等。

通过这些机制的协同作用,细胞能够实现从一种状态到另一种状态的转变。

在这个过程中,一些关键因子,如诱导因子和转录因子,起着至关重要的作用。

接下来,我们关注表观遗传学重编程在生物科技领域的应用。

近年来,随着研究的深入,表观遗传学重编程在细胞治疗、再生医学、药物筛选等领域取得了显著进展。

例如,通过诱导多能干细胞(iPSC)技术,科学家们已经成功实现了从成纤维细胞到多能干细胞的重编程,为细胞治疗提供了丰富的资源。

此外,表观遗传学重编程还为疾病治疗提供了新思路,如通过调控基因表达来治疗癌症、神经退行性疾病等。

然而,表观遗传学重编程在实际应用中还面临着诸多挑战。

例如,重编程效率低、重编程过程的可控性差等问题,制约了这一技术的进一步发展。

此外,关于表观遗传学重编程的机制研究尚不完善,亟待科学家们深入探讨。

总之,表观遗传学重编程为生命科学和医学研究带来了新的机遇和挑战。

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附件:重大研究计划“细胞编程和重编程的表观遗传机制”2010年度项目指南本重大研究计划旨在通过对细胞编程与重编程的分子机制的研究,深入探讨细胞增殖、分化和发育过程中的表观遗传机制,为阐明干细胞定向分化和诱导性多能干细胞(iPS)形成的分子机制、解析疾病发生发展的机理、探索组织修复和器官重建的分子机制及药物研发提供理论基础。

2010年度项目指南仍将紧紧围绕细胞编程和重编程的表观遗传机制这一科学问题,同时考虑到2008与2009年度项目指南的具体实施与资助情况,本年度将更加注重“集中目标、重点突破”的策略,力争取得一批有代表性的研究成果。

一、科学目标应用多学科交叉的研究手段,认识细胞编程和重编程过程中表观遗传信息形成、维持和作用的规律和特点,阐明表观遗传调控在细胞生长、发育和环境适应等方面的作用机理,揭示表观遗传网络组成、进化和运行的机制。

二、核心科学问题2010年将围绕以下五个核心科学问题开展研究:(一)表观遗传信息建立和维持的分子机制。

(二)干细胞定向分化过程中的表观遗传机制。

(三)体细胞重编程的表观遗传机制。

(四)组织器官发育与再生过程中的表观遗传机制。

(五)表观遗传信息网络的起源与进化。

三、2010年拟资助经费和项目数鼓励科学家在资助方向框架内选择明确的科学问题自由申报项目。

本年度资助的主要研究方向:(一)表观遗传信息建立和维持的分子机制。

深入探讨表观遗传调控因子(包括蛋白因子、非编码RNA分子和其他可能参与表观遗传调控的生物大分子)的功能与调控机制;探讨核小体组装、“组蛋白密码”的组成、识别和作用的机制;研究染色质高级结构及异染色质与常染色质转换的调控机制及功能;阐明重要信号转导通路与表观遗传调控的作用方式及机制。

(二)干细胞定向分化过程中的表观遗传机制。

深入研究干细胞定向分化过程中DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质可塑性变化的规律和特点;探讨与干细胞定向分化密切相关的关键因子的作用机制和调控网络;研究干细胞分化过程中细胞信息的编程/重编程和基因表达的谱式与细胞表型和细胞周期之间的关系;探讨干细胞定向分化的新机制;探索癌症干细胞的生物学特性,特别是其基因表达谱式的特点和决定这种特点的表观遗传因素及其成瘤过程中的表观遗传调控机制。

(三)体细胞重编程的表观遗传机制。

研究不同体细胞基因表达谱式建立和维护的表观遗传机制,包括表观遗传记忆(epigenetic memory)的作用方式和作用机制;进一步探讨体细胞重编程的关键因子的作用机制;揭示诱导性多能干细胞(iPS)的遗传信息重编程的过程及其机理以及不同体细胞重编程的机制上的普遍性和特异性;鉴定体细胞重编程的新因子并分析其功能特性。

(四)组织器官发育与再生过程中的表观遗传机制。

通过研究原始生殖细胞(premordial germ cells)、生殖细胞和受精卵中遗传信息的编程以及基因表达谱式的特点,探讨个体发育过程中细胞命运决定、细胞行为和组织器官形成所涉及的表观遗传修饰的动态变化及规律,并鉴定在其中发挥重要作用的新的表观调控因子;研究组织器官损伤和再生过程中细胞编程、重编程的分子机理。

(五)表观遗传信息网络的起源与进化。

从全基因组的角度,利用高通量的研究手段,系统的探讨表观遗传信息网络的组成与运行的机制;以信息生物学和比较生物学为主导并结合实验生物学的研究方法,探索表观遗传的起源及进化的特点与规律;揭示DNA化学修饰、组蛋白化学修饰、染色质可塑性变化及非编码RNA的调控作用等表观遗传机制的相互作用及作用机制;研究非编码RNA在全基因组的分布、非编码RNA与编码RNA之间的相互关系及相互作用、非编码RNA自身的表达调控机制;揭示细胞信号转导途径和表观遗传信息网络的交互作用及其生物学意义。

四、本重大研究计划将依据以下原则优先遴选项目(一)具有明确的科学问题和/或科学合理的科学假说。

(二)具有创新学术思想和合理的技术路线。

(三)具有相关研究的基础条件和工作积累。

(四)能够加速重大研究计划总体进展和对认识核心科学问题起重要作用。

五、申请注意事项(一)申请人在填报申请书前,应认真阅读本指南。

拟开展的研究应针对本年度拟重点资助的研究方向,体现重大研究计划“创新性、基础性、前瞻性、交叉性”的研究特征,突出有限目标和重点突破,明确对实现研究计划总体目标和解决核心科学问题的贡献。

不符合项目指南的申请将不予受理。

(二)本重大研究计划仅资助紧密围绕“细胞编程与重编程的表观遗传机制”开展深入研究的项目,不资助将表观遗传作为一种方法和手段而研究其他科学问题的项目。

(三)本重大研究计划2010年度只受理“培育项目”和“重点支持项目”。

申请书中的资助类别选择“重大研究计划”,亚类说明选择“培育项目”或“重点支持项目”,附注说明必须选择“细胞编程和重编程的表观遗传机制”(以上选择不准确或未选择的项目申请将不予受理),“申请代码1”一律选择代码C06,“申请代码2”可根据申请内容自行选择。

在申请书报告正文应首先说明拟开展的研究相对应的核心科学问题(见本指南第二部分五个核心科学问题)。

(四)为避免重复资助,申请人应在申请书中明确指出与其承担的973计划及国家其他科技计划相关项目的区别和联系。

(五)本重大研究计划总经费为1.5亿元,预计执行期为8年,立项资助工作主要在前五年进行。

2010年拟安排项目经费约2600万元(重点支持项目平均资助强度约为200万元/4年,培育项目平均资助强度约为60万元/3年)。

国家自然科学基金委员会启动国家自然科学基金委员会启动“细胞编程和重编程的表观遗传机制”重大研究计划江虎军1,杜生明1,沈岩21国家自然科学基金委员会生命科学部,北京100085;2国家自然科学基金委员会,北京100085“细胞编程(programming)和重编程(reprogra-mming)的表观遗传机制”是生命科学部“十一五”期间继“植物激素作用的分子机理”之后启动的第二个重大研究计划。

该重大研究计划总投入1.5亿元人民币,分4-5次年度招标。

该重大研究计划所确定的主要研究方向将主要以重点项目和培育项目的形式资助申请者,在2008年已进行了第一次招标申请,今后将通过国家自然科学基金委员会的网站公布每年的年度招标指南。

希望通过相对稳定和较高强度的支持,促进学科交叉,培养创新人才,实现在表观遗传学研究领域的跨越发展,提升我国生命科学基础研究的创新能力,为解决人口健康和农业生产中的相关问题提供科学支撑。

1设立“细胞编程和重编程的表观遗传机制”重大研究计划的理由1.1表观遗传学研究是当今生命科学的一个重要的前沿和热点领域,具有重大和深远的科学意义表观遗传学研究的重要性已越来越得到生命科学界的广泛认同,其相关研究已成为生命科学的前沿领域。

表观遗传学的理念和技术正呈迅速发展的态势,预计未来十几年内,随着研究力度的不断加强,在理论创新上将取得一些关键性的突破,带动生命科学的下一轮重大发展,更新人们对生命个体以及生命个体与环境间互动关系的认识。

表观遗传调控机制是生命现象中的一种普遍存在的调控方式,涉及生命现象的方方面面。

表观遗传是调控生长与发育的重要机制。

这一机制在干细胞维持和自我更新与分化,个体的衰老和发育异常,如肿瘤、糖尿病、精神病及神经系统疾病等复杂疾病的发生发展中起着决定性的作用,而且生命个体对环境因素(包括营养、物理化学因素、甚至心理因素等)发生有序应答在很大程度上依赖于表观遗传调控网络的有效运行。

在环境因素作用下,通过特定基因表达谱式的形成,细胞发生相应的结构和功能变化(表型),从而对外界环境因素作出响应。

不利环境因素可以导致表观遗传网络的紊乱,使细胞产生异常的基因表达谱式,直至导致疾病的发生。

表观遗传调控还在植物发育、植物抗性、植物杂种优势的形成等方面也起着重要的作用。

综观上述,阐明表观遗传调控的机理与作用,对解析生命个体发育及诱导细胞分化和去分化,理解诱导性多功能干细胞产生的分子机制,认识重大疾病发生、发展的分子机制及其预防和治疗,对提高作物抗性和产量等都具有十分重要的意义,而且那些无法通过传统遗传学解释的生命科学领域中的许多重要科学问题,可能会从表观遗传调控的角度得到诠释。

1.2表观遗传学研究是我国生命科学基础研究发展布局中的一项重要内容表观遗传学研究的新突破对生命科学众多学科的发展将起到带动作用,它的带领作用犹如当初人类基因组计划给整个生命科学所产生的推动作用一样重要,甚至更重要。

对细胞编程和重编程的研究,将有助于我们正确认识细胞分化与去分化、胚胎发育为生命个体、成熟体细胞诱导成多功能干细胞奥秘等重要基础理论问题。

有望从根本上解决体细胞克隆效率低的技术问题,对探索组织修复、器官重建以及发展个体化的再生医学有深远的影响。

开展与疾病相关的表观遗传学研究将帮助我们认识大量尚未探明的人类疾病的发病机制,对寻找治疗这些疾病的新药物并发展具有我国自主知识产权的医药产业意义重大。

对表观遗传信息的研究,将帮助我们认识环境因素在表型决定中的作用,这对揭示易受环境影响的生物学性状形成具有重要的理论意义。

对植物发育、抗性产生和杂种优势的表观遗传学研究,将可能打开多年来这些领域研究进展缓慢的困惑局面,为促进农业生产打下新的理论基础。

1.3细胞编程与重编程研究囊括了表观遗传学的基本科学问题细胞编程与重编程研究囊括了表观遗传学的基本科学问题,如组织器官的发育与再生、干细胞增殖和定向分化、体细胞克隆与重编程等。

受精卵发育成生命个体的过程中,控制基因表达谱式建立和维持的过程就是细胞编程,相关研究便构成了表观遗传学研究的主要内容,即表观遗传主要研究细胞在增殖、分化、发育过程中的基因表达谱式建立及其维持的机制,进而阐明基因表达谱式如何决定和维持细胞的表型(身份)。

生物机体内的每一种组织、细胞都是由具有全能性的胚胎干细胞分化而来,这些具有特殊功能的细胞能够自我更新,并在适当的条件下分化形成不同种类的细胞。

已分化的细胞也可在一定的条件下发生去分化而成为多潜能的细胞,如将某些动物肢体切除后,切口附近的软骨细胞、表皮细胞等可以去分化成为多潜能的间质细胞,后者负责再生肢体的形成。

在此过程中,体细胞的遗传信息发生了重编程。

最新的研究表明,在体外培养的哺乳动物体细胞,可以通过改变表观遗传的调控机制而重新编程,重新变成具有分化潜能的干细胞,即诱导性多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPS)。

克隆动物就是通过利用去核卵中的物质诱导被移植进去的体细胞核进行重编程而实现的。

可以预见,体细胞的重编程会成为未来前沿研究中热点的热点。

1.4研究现状与机遇表观遗传学是20世纪80年代后期逐渐兴起的一门新学科。

尽管表观遗传学研究已有一段历史,但真正受到广泛重视并取得进展是近几年的事,特别是在2000年以后,表观遗传学研究已成为当今生命科学研究的前沿和热点。

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