鉴定DNA甲基化调控的鹿茸再生相关基因研究

Antler is the only mammalian organ that can completely regenerate, therefore offers a useful model to investigate the mechanism of mammalian organ regeneration. Recent studies indicate that the regeneration of antler rely on the presence of antler stem cells. In addition, antler stem cells can only be revived after interactions with micro-environment. Our preliminary work has established an in vitro co-culture system that can maximally mimic the regenerative micro-environment of in vivo antler stem cells. Furthermore, in vitro and in vivo experiments indicated that the interactions of the micro-environment and the antler stem cells can effectively reduce the level of DNA methylation of the genomic DNA of the antler stem cells. Thus, the changing of DNA methylation maybe correlated with antler regeneration. The aim of this study is to further reveal the underlying molecular mechanisms of the influence of the level of DNA methylation of antler stem cells on antler regeneration. In this study, we will focus on the differential de-methylation fragments between the potentiated region and the dormant region antler stem cells after the interactions with the micro-environment, screen the functional genes via molecular biology methods and the established co-culture system, and further verify the relevance to antler regeneration. Discovery of the functional related genes on antler regeneration will undoubtedly benefit for the uncovering the molecular mechanisms of mammalian organ regeneration.

鹿茸是自然界中唯一能够完全再生的哺乳动物附属器官。以鹿茸为模型研究哺乳动物器官再生，可以为再生生物学及再生医学提供有益的借鉴，从而实现人类器官的再生。研究表明，鹿茸的再生是基于鹿茸干细胞的再生，并且鹿茸干细胞只有通过微环境作用后才具有再生功能。本课题组在前期工作中成功建立了能够最大限度模拟活体鹿茸干细胞再生所需微环境的细胞共培养体系。另外，通过离体和活体试验证明，微环境与鹿茸干细胞作用后，导致鹿茸干细胞基因组总体DNA甲基化水平降低，呈现去甲基化状态。因此，DNA甲基化变化可能与鹿茸再生具有相关性。为进一步揭示鹿茸干细胞再生功能与DNA甲基化间分子调控机制。本研究以微环境作用前后鹿茸干细胞基因组中的去甲基化差异片段为研究对象，通过分子生物学方法和建立的细胞共培养体系筛选功能基因，并验证其与鹿茸再生的相关性。寻找到与鹿茸再生相关功能基因，为今后进一步探讨哺乳动物器官再生机制奠定基础。

鹿茸是自然界中唯一能够完全再生的哺乳动物附属器官。以鹿茸为模型研究动物器官再生，可以为再生生物学及再生医学提供有益的借鉴，从而实现人类器官的再生。鹿茸每年从前额骨的永久性骨突角柄上完全再生。角柄骨膜（PP）是鹿茸再生的关键组织，也是鹿茸干细胞的来源组织。末端1/3部分的PP组织具有再生出鹿茸的能力，被称为致敏区角柄骨膜（PPP）。近端2/3部分的PP组织只有跟微环境作用后才能够发起鹿茸再生，所以被称为休眠区角柄骨膜（DPP）。目前，由DPP转变成PPP过程中所包含的分子调控机制还未所知。在本研究中，我们应用荧光标记的甲基化敏感扩增多态性方法从组织和细胞水平对PPP和DPP的基因组DNA甲基化进行了分析。结果表明，PPP的基因组DNA甲基化水平显著低于DPP（P＜0.05）。因此，在DPP转变成PPP过程中，DNA去甲基化可能是一种调控机制，这一结果我们通过人为将DPP转变成人工致敏区（aPPP）进行了功能验证，结果与自然状态结果相同。另外，我们通过甲基化敏感扩增多态性方法从PPP和DPP中鉴定出了15个甲基化差异片段，并通过Southern blot方法对这些片段进行了验证和鉴定。综上所述，我们的结果显示在DPP转变成PPP过程中，存在基因组DNA去甲基化，并且，DNA去甲基化是鹿茸再生的先决条件。本研究结果第一次通过实验证明了哺乳动物附属器官再生与表观遗传学间的相互关系。