体细胞重编程相关microRNA的靶基因鉴定及功能的初步研究

诱导性多能干（iPS）细胞的研究具有重要的理论意义和实践应用前景。近年，microRNA（miRNA）被发现在iPS细胞的形成过程中具有重要意义。但目前的研究仅在个别的miRNA方面略有进展，如let-7a和miR-294能够明显促进体细胞重编程为iPS细胞。本项目拟利用最新的高通量测序技术，从全基因组层面系统分析我们所建立的小鼠iPS细胞株（来源于小鼠胚胎纤维细胞，MEF细胞）分别与MEF细胞和小鼠胚胎干细胞（ES细胞）之间差异表达的miRNA，寻找与iPS细胞形成有关的miRNA，结合生物信息学预测和我们已经建立的实验分离RISC技术，结合mRNA选择性扩增的方法，寻找重要miRNA的靶基因。通过靶基因的功能分类学聚类分析，为了解这些miRNA在iPS细胞形成过程中的功能提供线索。并将对其中部分与iPS细胞形成显著相关的miRNA的生物学功能展开初步研究。

由于巨大的临床应用前景，干细胞以及诱导性多能干细胞（iPS cells）的研究近年来十分热门。miRNA在其中的重要作用也越来越引人注意。本项目从全基因组的角度，分析了干细胞、干细胞核移植后获得的多能干细胞、来源于小鼠成纤维细胞（MEF cells）的诱导性多能干细胞以及由后者再次核移植重编程获得的多能性细胞中miRNA表达谱的异同。通过对高通量数据测序数据的分析，令人意外地发现三种不同重编程方式获得的多能干细胞的miRNA表达谱极为相近，而均和天然的胚胎干细胞（ES cells）差异较大。并且这三种重编程多能干细胞中还有两组的miRNA的表达情况既不同于胚胎干细胞，也不同于成纤维细胞。当然，在这三种重编程多能干细胞之间，也存在一些miRNA的表达差异。我们的结果提出了一个严谨的问题，即重编程的多能干细胞未必能完美地代替天然干细胞。这也是在使用这些重编程多能干细胞做临床应用时必须要考虑的重要因素。通过深入的分析，我们还鉴定了几组可能与多能细胞的干性维持相关的miRNA，并对他们的靶基因进行了KEGG pathway的分析，发现这些靶基因功能呈现与干细胞的一些特性高度的相关性。从中，我们选取了miR-290家族，深入研究了它们在干性维持过程中的作用。我们发现，miR-290家族能够促进干细胞快速地从细胞周期的G1期转位到S期，从而表现出促进细胞的增殖。随后，我们鉴定了几个miR-290家族的靶基因，并对其中的cyclin D1进行了进一步的研究。我们的结果指出，miRNA-290家族通过极大地抑制cyclin D1的表达，使得cyclin D1在干细胞中表达量极低。这从一定程度上，解释了干细胞中细胞周期G1/S检验点缺失的部分原因。G1/S检验点的缺失最终导致干细胞的快速增殖和自我更新。这也可能是miR-290能显著增加细胞重编程效率的原因之一。