胚胎干细胞向心肌细胞分化过程中micro RNA的表达谱及其功能研究

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目的:胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)来源于囊胚内细胞团,能在体外无限增殖并分化成三个胚层中所有类型的细胞,包括有功能的心肌细胞。近年研究发现micro RNA(miRNA)在心肌细胞分化命运决定中起着重要作用,然而对决定心肌细胞分化命运的miRNA了解还很有限。本论文旨在筛选调控m ESCs向心肌细胞分化过程的miRNA,探讨其调控机制,进而加深对心肌细胞分化调控机制的认识。方法:悬滴培养法诱导小鼠(m ESCs)向心肌细胞分化。miRNA芯片检测中胚层、心血管前体、分化早期和中期心肌细胞的miRNA表达谱。通过建立稳定过表达m ESCs系和瞬时转染miRNA抑制剂来上调和下调miR-142-3p;通过分析碱性磷酸酶活性和m ESCs标志蛋白的表达鉴定miR-142-3p对ESCs自我更新的影响;通过MTT,Brd U和细胞周期检测鉴定miR-142-3p对ESCs增殖的影响;实时荧光定量PCR(Q-PCR)检测三胚层和心肌细胞特异性基因的表达鉴定miR-142-3p对胚层命运决定和心肌细胞分化的作用。通过生物信息学分析和荧光素酶报告基因系统筛选miR-142-3p的靶基因。结果:获得中胚层、心血管前体、分化早期和中期心肌细胞的miRNA表达谱。Q-PCR验证miR-672在中胚层细胞中表达下调,miR-142-3p在中胚层细胞和心血管前体细胞中表达下调、miR-193、miR-196a、miR-196b和miR-467e在心肌细胞中表达下调。miR-142-3p在m ESCs分化过程表达逐渐下降,到分化第4天表达最低,然后缓慢回升。下调miR-142-3p不影响m ESCs自我更新,也不影响心肌细胞分化;过表达miR-142-3p不影响m ESCs自我更新和增殖,但抑制心肌细胞分化。进一步研究发现过表达miR-142-3p不影响外、中、内三个胚层的特化,但抑制心脏中胚层基因Mesp1及其下游心脏转录因子Nkx2.5、Tbx5、Mef2c的表达。过表达miR-142-3p不影响Mesp1上游基因Brachyury、Eomes的表达,也不影响上游WNT信号通路。靶基因鉴定发现miR-142-3p能靶向Acvr2a、Rarg、Tgfbr2、Tpm4、Atp2a2、Tgfb2和Mef2c m RNA的3’UTR,这些基因与心肌细胞分化和功能相关。结论:我们揭示了中胚层、心血管前体、分化早期和中期心肌细胞的miRNA表达谱。发现miR-142-3p不影响m ESCs自我更新和增殖,也不影响胚层命运决定,但通过Mesp1调控心肌细胞分化。miR-142-3p对Mesp1的调控不依赖于已知的上游基因Brachyury和Eomes,也不依赖于WNT信号通路。miR-142-3p可能通过靶向一群与心肌细胞分化和功能相关的基因调控心肌细胞分化。我们的研究为理解miRNA对ESCs向心肌细胞分化的调控机制提供了新的线索,有助于更好地了解在体心脏发育和心肌细胞形成过程,为胚胎干细胞来源的心肌细胞走向应用提供实验数据。
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