干细胞分裂模式和干细胞干性维持的机制研究.doc

项目名称：干细胞分裂模式和干细胞干性维持的机制研究首席科学家：高维强上海交通大学起止年限：2012.1至2016.8依托部门：教育部上海市科委

一、关键科学问题及研究内容
拟解决的关键科学问题
面对我国生命医学科学的重大需求和干细胞研究的挑战，结合我们前期的研究基础，本项目拟重点围绕干细胞分裂模式的发生、调控和动态机制及其在正常和病理过程中的意义这一核心内容，解决如下关键科学问题：
以对称和不对称分裂为新的切入点，研究哺乳类组织干细胞干性维持这一重要生物学课题。
从机理上阐明对称和不对称分裂、细胞周期、miRNA、蛋白质修饰之间的关系，及其如何调控干细胞的干性维持。
发现新的调控干细胞对称和不对称分裂的关键分子，为临床疾病的诊治提供线索。

主要研究内容
干细胞分裂模式对干细胞干性的调控机制：观察哺乳类上皮组织(前列腺、脑、内耳)在发育及病变过程中的干细胞分裂模式，研究及验证已知的和新发现的不对称分裂的关键分子的调控机理及其作用，包括与特异信号转导通路分子的关系。

细胞周期调控干细胞干性的获得及其机理：从干细胞多能性获得与细胞周期、分裂模式之间的关系与调控机理着手，结合影响细胞分裂模式、细胞周期变化的关键因子研究，从干性获得的角度逆向解读干细胞的干性与细胞周期、分裂模式之间的关系与调控机理，并在此系统中研究关键因子通过调节细胞周期来决定细胞命运的可能机制。

miRNA和蛋白质修饰在干细胞对称和不对称分裂过程中的作用及机理：分析miRNA302/367集群、let-7和组蛋白修饰HDAC对干细胞分裂模式调控干细胞干性获得和维持的影响；鉴定let-7缺失、miRNA302/367集群表达和HDAC抑制诱导多能干细胞的特异靶信号基因；利用miRNA启动子报告体系验证新旧调控干细胞对称不对称分裂的关键分子对干细胞干性获得和维持的作用；利用蛋白质组学技术和质谱技术系统分析组蛋白修饰与干细胞对称和不对称分裂的关系。

运用果蝇和线虫研究调控干细胞对称和不对称分裂的新机制:筛选调控对称和不对称分裂的新因子，利用遗传学、细胞生物学、生物化学及分子生物学等方法，在果蝇和线虫中阐述这些新因子的作用机制及调控网络，为哺乳类干细胞对称/不对称分裂机理研究提供新的研究方向及理论依据。

二、预期目标
（一）总体目标
瞄准国家战略需求和国际干细胞科学研究前沿，针对干细胞对称和不对称分裂调控干细胞干性获得和维持这一核心问题，运用哺乳类上皮干细胞、类器官体外重建体系、诱导多能干细胞重编程体系和病变组织培养等体系和方法，系统研究干细胞对称和不对称分裂、细胞周期、miRNA、蛋白质修饰与干细胞干性维持之间的相互关系，阐明其如何通过特异的信号通路影响干细胞的干性维持，揭示干细胞不对称分裂和细胞周期在组织发育、再生修复及病理变化过程中的作用机制；运用果蝇和线虫等模式动物，验证调控干细胞对称/不对称分裂的关键分子的整体功能，并探寻新的因子，分析其在哺乳类的同源功能和分子机制，完善和建立哺乳类干细胞分裂模式的分子机理模型。通过本项目的实施使我国在干细胞干性维持研究的相关领域达到国际领先水平。同时，以本项目实施为契机，促进干细胞生物学、发育生物学、遗传学、生物化学、影像学研究的衔接和拓展，培养一批优秀的交叉学科研究人才。

（二）具体目标
以哺乳类组织为研究对象，运用前列腺、脑、内耳体外培养系统，采取高分辨显微技术，实时追踪干细胞分裂模式，解析分裂模式与干细胞干性维持在正常发育和组织病变过程中的分子生物学作用及意义。
全面分析重编程整个过程中的细胞周期变化及其分裂模式，并在此系统中研究关键因子通过调节细胞周期来决定细胞命运的机制。
阐明特异miRNA、蛋白质修饰相关因子、信号转导途径和基于果蝇和线虫模式动物中已知的和新发现的关键分子之间的相互作用关系，描绘它们调控干细胞干性维持的机制图。
利用果蝇和线虫模式动物遗传学筛选平台，发现若干新的调控干细胞分裂模式和干细胞干性维持及获得的关键分子，确定与哺乳类相应的同源基因在前列腺、脑、内耳组织中的作用。
取得具有国际影响的原创性成果，在国际重要学术刊物上发表高水平论文30-50篇。在Cell、Nature、Science及其系列杂志上发表3至5篇国际顶级学术论文。申请专利10项。
培养国家杰出青年基金获得者1-2人，培养一批具有国际竞争力的优秀中青年研究人员和后备人才，为我国干细胞分裂模式和干细胞干性维持研究的高水平、可持续发展提供支撑。

三、研究方案
学术思路
干细胞干性维持包括自我更新及分化潜能，与分裂模式直接相关。干细胞对称和不对称分裂是干细胞干性维持的核心问题，通过对称分裂扩充干细胞池或分化的细胞数目，通过不对称分裂维持干细胞数量及干性，同时产生分化的子细胞。干细胞分裂模式的异常往往导致