建立人胚胎干细胞神经定向分化过程中的谱系追踪系统

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31471040
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0902.发育与衰老神经生物学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

One of the most critical scientific questions during early embryonic development is how various cell lineages are sequentially produced. More importantly, understanding cell fate determination mechanisms during early development is also the foundation of establishing robust techniques for targeted lineage differentiation from puripotent stem cells and therefore benefits regenerative medicine. By taking advantage of the Cre/Loxp recombination system in transgenic mice, a body of progresses has been made in understanding cell fate determination mechanisms during early mouse embryonic development. However, such a powerful system is still lacking in the human system because of ethical problems and inefficient gene targeting in human cells. Here, we propose to build such a system based on our well established human embryonic stem cell maintenance and neural differentiation system as well as newly-emerging TALEN/Cas9 homologous recombination system. We will first build a human embryonic stem cell line with the CAG-Loxp-Stop-Loxp-eGFP cassette inserted in the AAVS1 locus. Based on this line, a couple of lines with Cre recombinase driven by promoters of specific genes of interest will also be built through homologous recombination. We will more focus on neural genes, such as Pax6, Nkx2.1, Lhx6 and Lhx8, which is aiming to untangle the conservation and uniqueness of human neural induction and regional patterning mechanisms.
理解发育过程中细胞谱系间的衍生规律是发育学的核心,也是靶向多能干细胞分化为特定的细胞类型并应用于再生医学的理论基础。基于Cre/Loxp转基因小鼠的谱系追踪,由于其较好的结合了基因表达的时空特征和便捷的报告体系,被广泛应用于发育过程中细胞命运决定机制的研究并取得了令人瞩目的成就。然而,对于人类细胞,针对不同谱系细胞的发育规律,我们却缺乏有力的研究手段。本申请拟结合我们现有的人多能干细胞体外培养和神经定向分化技术与新兴的基于TALEN/Cas9的同源重组技术,体外构建针对人类早期发育过程的谱系追踪系统。这包括建立AAVS1位点的CAG-Loxp-Stop-Loxp-eGFP同源重组人胚胎干细胞系,和基于该细胞系的靶基因启动子驱动的Cre重组细胞系。在靶基因的选择上,聚焦神经发育,研究Pax6、Nkx2.1、Lhx6/8阳性神经上皮或前体细胞的谱系转换,探讨人早期神经发育过程中的基础理论问题。

结项摘要

构建出可诱导的人胚胎干细胞谱系示踪系统。利用同源重组方法,在人多能干细胞(hPSCs)特异的染色体开放位点AAVS1整合受重组酶Cre或Flp控制的转录终止调控元件片段LoxP-STOP-LoxP(LSL)或FRT-STOP-FRT(FSF),同时选取GFP作为报告基因,构成可控制的报告基因系统;在谱系特异性表达的调控开关方面,我们选取了人特异的早期神经外胚层(neuroectoderm,NE)转录因子PAX6和早期神经管底板(floor plate,FP)转录因子FOXA2作为驱动重组酶Cre或Flp表达的基因。通过2A连接重组酶替换PAX6和FOXA2终止密码子,以及将重组酶替换PAX6和FOXA2起始密码子,构建成PAX6和FOXA2的谱系特异性表达的GFP示踪的谱系示踪系统。此外,采用重组酶羧基末端连接突变雌激素受体片段(estrogen receptor,ER)的策略,构建出可诱导的重组酶入核的细胞系,提高谱系示踪的灵活性与可控性。通过体外神经定向分化系统和体内畸胎瘤实验,证明上述的多种方法可以成功用于谱系示踪,为构建谱系示踪人细胞系提供更灵活、精确的选择。基于这一系统,我们证明了PAX6阳性的NE是人神经系统NP的起源,揭示了人脑发育的特有属性。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
The Dorsoventral Patterning of Human Forebrain Follows an Activation/Transformation Model
人类前脑的背腹模式遵循激活/转化模型
  • DOI:
    10.1093/cercor/bhw152
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Cerebral Cortex
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Chi Liankai;Chi Liankai;Guan Fangxia;Chi Liankai;Fan Beibei;Feng D;an;Chen Zhenyu;Liu Zhongliang;Xu Xiangjie;Ma Lin;Fang Yujiang;Zhang Quanbin;Liu Ling;Zhang Xiaoqing;Chi Liankai;Fan Beibei;Feng D;an;Chen Zhenyu;Liu Zhongliang;Xu Xiangjie;Ma Lin;Fang
  • 通讯作者:
    Fang
Efficient CRISPR/Cas9-Mediated Versatile, Predictable, and Donor-Free Gene Knockout in Human Pluripotent Stem Cells
高效 CRISPR/Cas9 介导的多功能、可预测且无供体的人类多能干细胞基因敲除
  • DOI:
    10.1016/j.stemcr.2016.07.021
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Stem Cell Reports
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Liu Zhongliang;Chen Zhenyu;Xu Xiangjie;Chi Liankai;Fan Beibei;Fang Yujiang;Liu Yang;Ma Lin;Wang Yiran;Zhang Quanbin;Liu Ling;Zhang Xiaoqing;Liu Zhongliang;Chen Zhenyu;Xu Xiangjie;Chi Liankai;Fan Beibei;Fang Yujiang;Liu Yang;Ma Lin;Wang Yiran;Zhang Quanbin
  • 通讯作者:
    Zhang Quanbin
Smad5 acts as an intracellular pH messenger and maintains bioenergetic homeostasis
Smad5 作为细胞内 pH 信使并维持生物能稳态
  • DOI:
    10.1038/cr.2017.85
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    CELL RESEARCH
  • 影响因子:
    44.1
  • 作者:
    Fang Yujiang;Liu Zhongliang;Chen Zhenyu;Xu Xiangjie;Xiao Mengtao;Yu Yanyan;Zhang Yuanyuan;Zhang Xiaobai;Du Yanhua;Jiang Cizhong;Zhao Yuzheng;Wang Yiran;Fan Beibei;Terheyden-Keighley Daniel;Liu Yang;Shi Lei;Hui Yi;Zhang Xin;Zhang Bowen;Feng Hexi;Ma Lin;Zha
  • 通讯作者:
    Zha
Genetic Engineering of Human Embryonic Stem Cells for Precise Cell Fate Tracing during Human Lineage Development
人类胚胎干细胞的基因工程,用于人类谱系发育过程中精确的细胞命运追踪
  • DOI:
    10.1016/j.stemcr.2018.09.014
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Stem Cell Reports
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Zhenyu Chen;Xudong Ren;Xiangjie Xu;Yi Hui;Zhongliang Liu;Ling Liu;Xiaoqing Zhang
  • 通讯作者:
    Xiaoqing Zhang
Targeted Differentiation of Regional Ventral Neuroprogenitors and Related Neuronal Subtypes from Human Pluripotent Stem Cells
人多能干细胞定向分化区域腹侧神经祖细胞和相关神经元亚型
  • DOI:
    10.1016/j.stemcr.2016.09.003
  • 发表时间:
    2016-11-08
  • 期刊:
    Stem Cell Reports
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Chi L;Fan B;Zhang K;Du Y;Liu Z;Fang Y;Chen Z;Ren X;Xu X;Jiang C;Li S;Ma L;Gao L;Liu L;Zhang X
  • 通讯作者:
    Zhang X

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其他文献

Smad2 and Smad3 have differential sensitivity in relaying TGF signaling and inversely regulate early lineage specification. Scientific Reports. 2016, 6, 21602.
Smad2 和 Smad3 在传递 TGF 信号传导方面具有不同的敏感性,并反向调节早期谱系规范。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Scientific Reports.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈祯钰;房玉江;刘忠良;章小清
  • 通讯作者:
    章小清
The Dorsoventral Patterning of Human Forebrain Follows an Activation/Transformation Model
人类前脑的背腹模式遵循激活/转化模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Cerebral Cortex
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    刘忠良;房玉江;刘玲;章小清
  • 通讯作者:
    章小清

其他文献

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低免疫原性人多能干细胞体外谱系分化潜能与体内移植有效性探究
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    82230072
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    2022
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基于脊髓肌肉萎缩症体外模型的药物筛选与机制研究
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Lhx2调控上皮-间质转换的表观遗传学机制研究及其在神经外胚层细胞编程与重编程中的作用
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    面上项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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