特定lncRNA和miRNA在细胞编程和重编程中的功能和机制

Uncovering the molecular mechanisms that regulate cell programming and reprogramming is the key to generate induced pluripotent stem cells for clinic application. The epigenetic mechanism controling iPS generation is a major focus in iPS study currently. This research plan will finish our previous study on the function of HDAC2，DNMT3a/3b and some key non-coding RNA in iPS induction, which was supported by the grant. We will further focus on the functional characterization of a few non-coding RNA in iPS generation and differention. Particularly we are interested in how miR-29b，miR-138, miR-200 and miR-138 regulates through their interaction with key epigenetic protein targets iPS progression. Another focus in the plan is how a non-coding RNA, lncRNA1405, regulates somatic reprogramming to iPS and the differentiation of iPS. The research plan would potentially find the molecules that are critical for somatic cell reprogramming and the mechanism for these molecules, and also establish posssible direct link between some epigenitic molecules or information and the quality (developmental potential) of iPS acquired.

全面揭示iPS诱导的调控机制，对于iPS细胞的和按特定分化需求挑选全能性优良的iPS非常必要，表观遗传学机制是最重要的研究内容之一。在前期研究中，我们已经鉴定一系列重编程中可能具有重要作用的表观遗传修饰酶等分子和non-coding RNA分子。在基础上，本项目将深入研究HDAC2，DNMT3a/3b，miR-29b，miR-138, miR-200家族，lncRNA1405在重编程中的功能和机制。我们将重点研究这些分子在重编程中具有特异性作用的分子机制，包括重编程过程中HDAC和DNMT等表观遗传修饰酶分子和miRNA之间的相互表达调节作用，以及与lncRNA分子间的结合作用和相互表达调节作用，初步研究显示这些相互作用可能是这些分子重编程中具有特异性的重要机制，这些研究将加深我们对体细胞重编程中表观遗传调控网络的理解。

揭示细胞编程和重编程的调控机制，对于干细胞按特定功能需求分化以及获得性能优良安全的iPS细胞至关重要。细胞编程和重编程是细胞基因组基因序列不变但表观遗传信号发生剧烈改变的过程，表观遗传学分子及其机制是最为核心的研究内容。本项目通过研究鉴定了一系列在编程和重编程中具有重要作用的表观遗传修饰酶和non-coding RNA分子，深入研究了组蛋白去乙酰化酶HDAC，DNA甲基化酶Dnmt3a/3b，miR-29b，miR-200家族和几种关键lincRNA的功能和机制。主要发现包括：1）miR-29b作用于靶基因Dnmt3a和Dnmt3b，调节DNA甲基化和MET过程，从而提高iPS的诱导效率，利用miR-29b和四因子共同诱导得到的iPS细胞具有与ESC类似的特征和完整的发育潜能，并且维持关键印记区域（Dlk1-Dio3区域）的激活状态；2）Sox2调节iPS过程中的miR-200家族microRNA的表达，促进MET的发生，从而促进体细胞重编程；3）发现miR-590直接作用ACVR2a 从而调节Activin 信号通路，最终影响mESC的自我更新、DNA损伤修复和基因组稳定性；4）miR-495通过靶向Dnmt3a调节mESC在内中胚层分化方面的倾向性。研究成果已经在PNAS、Stem Cell Reports、Cell Res、Stem Cells等国际著名刊物上发表。同时我们在HDAC2调节pre-iPS成熟、lincRNA调节干细胞向心肌分化、端粒酶调节机制和iPS的基因组稳定性等研究方向形成了良好的发展态势。此外，通过本项目的实施，极大的促进了与国内外相关研究领域团队的合作，培养了多名硕士和博士研究生。项目加深了我们对细胞编程/重编程、干细胞定向分化、表观遗传调控网络以及新型表观遗传分子非编码RNA的理解，为解决干细胞的全能性、安全性、定向分化调节、ES和iPS的基因组稳定性及优良品质间的相关性提供了有益的参考。项目完成了既定的研究任务，达到了预期目标。