CN119177217A - Parit1在促进干细胞多能性维持和重编程中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了PARIT1在促进干细胞多能性维持和重编程中的应用,本发明首次发现lncRNA PARIT1在促进干细胞多能性维持和/或重编程中的新用途,本发明为稳定维持细胞多能性、更加高效地诱导iPSC提供了一种新的思路和策略,对促进干细胞和重编程技术的应用具有重要的理论和现实意义。
Description
技术领域
本发明属于生物医药技术领域,具体地,涉及PARIT1在促进干细胞多能性维持和重编程中的应用。
背景技术
通过导入特定的转录因子,如OCT4-SOX2-NANOG-C-MYC(OSKM),将终末分化的体细胞重编程为诱导性多能干细胞(iPSC),是再生医学领域里程碑式的重大突破,为细胞命运研究、细胞治疗和新药研发提供了崭新的细胞生物学技术平台。然而,如何稳定维持细胞多能性,更加高效地诱导iPSC仍然是该领域的一大难题。深入探讨干细胞命运调控的分子机理,探索细胞重编程的重要调控因素,对促进干细胞和重编程技术的应用具有重要的理论和现实意义。
lncRNA作为细胞内种类和表达丰度最为庞大的表观调控因子,虽不翻译为蛋白,但在细胞器间沟通互作及细胞命运调控中同样扮演着重要角色。lncRNA对干细胞命运的调控体现在监控干细胞基因组质量,确保干细胞及胚胎发育的基因组稳态维持。在基因转录水平,lncRNA可顺式调控临近编码基因的转录,参与多能性调控。然而,lncRNA在翻译水平如何调控干细胞命运,是否参与干细胞细胞器或细胞亚器功能的协调,目前知之甚少,有待深入研究。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供PARIT1在促进干细胞多能性维持和重编程中的应用。
本发明采用如下技术方案实现上述发明目的:
本发明的第一方面提供了过表达lncRNA PARIT1的试剂在促进干细胞多能性维持和/或重编程中的应用。
进一步,所述lncRNA PARIT1的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示。
进一步,所述试剂包括过表达lncRNA PARIT1的载体、携带lncRNA PARIT1的纳米颗粒、包裹lncRNA PARIT1的蛋白微球、包裹lncRNAPARIT1的脂质体和/或其任意组合。
进一步,所述试剂为过表达lncRNA PARIT1的载体或体外合成的PARIT1RNA序列;
可选地,所述过表达lncRNA PARIT1的载体包括过表达lncRNA PARIT1的慢病毒载体、过表达lncRNA PARIT1的腺相关病毒载体或过表达lncRNA PARIT1的腺病毒载体。
进一步,所述干细胞包括iPSC、胚胎干细胞、间充质干细胞、造血干细胞、神经干细胞、骨髓干细胞、牙髓干细胞、胎盘干细胞、脐带干细胞、脂肪干细胞或表皮干细胞;
可选地,所述lncRNAPARIT1的过表达能够促进iPSC或胚胎干细胞中多能性基因OCT4和SOX2的表达。
在本发明中,所述PARIT1是一种lncRNA,所述PARIT1的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示或其衍生分子。在一些实施方案中,所述PARIT1为包括如下序列的分子:(a)具有如SEQID NO:1所示序列的PARIT1;(b)在严格条件下与(a)限定的序列杂交的分子;(c)与(a)或(b)中所示分子的序列具有70%以上(例如75%、80%、85%、90%、95%、98%、99%、99.5%以上,或其间的任何数值或数值范围)的序列同源性的分子。
在一些实施方案中,所述过表达lncRNA PARIT1的试剂是指任何能够促进lncRNAPARIT1表达的物质,包括但不限于:能够促进lncRNAPARIT1表达的天然纯化物质、经修饰的天然纯化物质、半合成物质、化学合成物质和/或其任意组合。
在一些实施方案中,所述过表达lncRNAPARIT1的试剂包括但不限于:含有lncRNAPARIT1的重组载体、含有lncRNAPARIT1的纳米颗粒、含有lncRNA PARIT1的蛋白微球、含有lncRNAPARIT1的脂质体、含有lncRNAPARIT1的PEG修饰蛋白、含有lncRNA PARIT1的细胞外囊泡和/或其任意组合。
在一些实施方案中,所述载体并无特别限制,只要能够用于递送本发明所述的lncRNA PARIT1以过表达lncRNA PARIT1的载体均在本发明的保护范围内,包括但不限于:慢病毒载体、DNA质粒载体、逆转录病毒载体、痘病毒载体、单纯疱疹病毒载体、腺病毒载体、腺相关病毒载体、结合DNA质粒及RNA分子的脂质体、结合DNA质粒及RNA分子的分子耦联体和/或结合DNA质粒及RNA分子的多聚物等。
在一些实施方案中,所述过表达lncRNA PARIT1的试剂包括但不限于:过表达lncRNAPARIT1的病毒载体或过表达lncRNA PARIT1的非病毒载体。在另一些实施方案中,所述病毒载体包括但不限于:腺相关病毒载体、慢病毒载体、逆转录病毒载体、腺病毒载体、单纯疱疹病毒载体、仙台病毒载体和/或博卡病毒载体,其中,所述腺相关病毒载体包括AAV9、AAV1、AAV2、AAV3、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAV8和/或AAV-DJ。在另一些实施方案中,所述非病毒载体包括但不限于:脂质体纳米颗粒、聚合物纳米颗粒、蛋白微球、外泌体、多肽复合物、适配体和/或mRNA载体。
在一些实施方案中,所述过表达lncRNA PARIT1的载体为过表达lncRNA PARIT1的慢病毒载体。所述过表达lncRNA PARIT1的慢病毒载体包含所述lncRNA PARIT1,并能将本文所述的lncRNA PARIT1整合到宿主细胞的基因组中。可采用本领域周知的方法制备本文所述的过表达lncRNA PARIT1的慢病毒。例如,首先制备得到含有本文所述lncRNA PARIT1的慢病毒载体,然后在合适的宿主细胞中进行病毒包装,并分离纯化得到所需的慢病毒。用于慢病毒包装的试剂为本领域所周知,如常规的慢病毒载体系统(Tronolab)包括但不限于:pRsv-REV、pMDlg-pRRE、pMD2G等。
在一些实施方案中,所述干细胞并不局限于所述iPSC、胚胎干细胞、间充质干细胞、造血干细胞、神经干细胞、骨髓干细胞、牙髓干细胞、胎盘干细胞、脐带干细胞、脂肪干细胞或表皮干细胞,任何未高度分化、具有再生各种组织器官和人体的潜在功能的干细胞(包括但不限于:全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞)均在本发明的保护范围内。
本发明的第二方面提供了lncRNA PARIT1抑制剂在促进干细胞多能性退出中的应用。
进一步,所述lncRNA PARIT1的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示。
进一步,所述lncRNA PARIT1抑制剂包括靶向lncRNAPARIT1的shRNA、siRNA、dsRNA、微小RNA、反义核酸中的任意一种或多种。
进一步,所述lncRNAPARIT1抑制剂为靶向lncRNA PARIT1的shRNA或siRNA;
可选地,所述靶向lncRNAPARIT1的shRNA的序列如SEQ ID NO:2或SEQ ID NO:3所示;
可选地,所述靶向lncRNA PARIT1的siRNA的序列如SEQ ID NO:4或SEQ ID NO:5所示。
在本发明的具体实施方案中,所述lncRNA PARIT1抑制剂为靶向lncRNA PARIT1的shRNA或siRNA,所述靶向lncRNAPARIT1的shRNA的序列如SEQ ID NO:2或SEQ ID NO:3所示,所述靶向lncRNA PARIT1的siRNA的序列如SEQ ID NO:4或SEQ ID NO:5所示;
siPARIT1-1:GGAGUGAGUAGCCUCCGUA (SEQ ID NO:4);
siPARIT1-2:GCUGUAGUCCAGGAAUAGU(SEQ ID NO:5)。
进一步,所述干细胞包括iPSC、胚胎干细胞、间充质干细胞、造血干细胞、神经干细胞、骨髓干细胞、牙髓干细胞、胎盘干细胞、脐带干细胞、脂肪干细胞或表皮干细胞;
可选地,所述lncRNA PARIT1抑制剂能够抑制iPSC或胚胎干细胞拟胚体的形成和三胚层的分化。
在一些实施方案中,所述lncRNA PARIT1抑制剂包括任何能够抑制PARIT1表达水平的生物合成物质、化学合成物质、天然纯化物质、经修饰的天然纯化物质、半合成物质和/或其任意组合,包括但不限于:靶向PARIT1的shRNA、siRNA、dsRNA、微小RNA、反义核酸,以及能表达或形成所述siRNA、shRNA、dsRNA、微小RNA、反义核酸的构建物、小分子化合物等。本发明所述的lncRNA PARIT1抑制剂并不局限于本发明具体实施例中使用的如SEQ ID NO:2或SEQ ID NO:3所示的靶向PARIT1的shRNA,以及如SEQ ID NO:4或SEQ ID NO:5所示的靶向PARIT1的siRNA。
在一些实施方案中,所述shRNA是指短发夹RNA,shRNA包括两个短反向重复序列。克隆到shRNA表达载体中的shRNA包括两个短反向重复序列,中间由一茎环(loop)序列分隔的,组成发夹结构,由polⅢ启动子控制。随后再连上5-6个T作为RNA聚合酶Ⅲ的转录终止子。shRNA可以稳定地整合到细胞的基因组中,允许长期基因敲除。
在一些实施方案中,所述siRNA是指小干扰性核糖核酸,即相对短长度的双链核酸或任选地其较长前体。在一些实施方式中,本发明中可用siRNA的长度优选为约20至50bp的长度。但是,在此对可用siRNA的长度没有特殊限制。例如,siRNA可以最初以前体形式存在于细胞中,所述前体形式与递送至靶细胞时或递送至靶细胞后表现和发挥基因沉默活性的siRNA的最终或加工形式实质上不同。例如,siRNA的前体形式可以包括前体序列元件,所述元件在递送时或递送后就会被加工、降解、改变或切割,以产生在细胞内有介导基因沉默活性的siRNA。在一些实施方式中,可用的siRNA具有的前体长度为例如约100至200个碱基对或50至100个碱基对或少于约50个碱基对,其在靶细胞内会产生有活性的,加工过的siRNA。在其它实施方式中,可用的siRNA或siRNA前体长度约为10至49bp或15至35bp或约21至30bp。
在一些实施方案中,所述dsRNA是指双链核糖核酸,由两条互补链复性形成的RNA分子,可以被Dicer酶切割形成siRNA。dsRNA通过RNA干扰(RNAi)来抑制基因的表达,dsRNA不需要与靶基因序列具有100%的同源性,只要其能够抑制靶基因表达即可。
在一些实施方案中,所述微小RNA是指微小核糖核酸(miRNA),微小RNA是长约22nt的非编码RNA,广泛存在于从病毒到人类的各种生物中。成熟的miRNA主要作用是对基因转录后水平进行负向调节,通过引起其靶mRNA的降解或翻译过程的中断而参与细胞增殖、凋亡、免疫、神经内分泌以及干细胞分化等众多生命过程。
在一些实施方案中,所述反义核酸是指含有与编码PARIT1的序列互补的核酸。反义核酸可以由DNA、RNA或二者组成。反义核酸可含有非互补碱基,只要它能够在严格条件下特异性杂交即可。当将反义核酸引入细胞时,它结合靶多核苷酸并抑制转录、RNA加工或稳定性。除反义多核苷酸之外,反义核酸还包括多核苷酸模拟物,它含有经过修饰的主链、和3’和5’端部分。这样的反义核酸可以根据PARIT1的序列信息来恰当设计并使用本领域技术人员公知的方法来生成。
在一些实施方案中,所述干细胞并不局限于所述iPSC、胚胎干细胞、间充质干细胞、造血干细胞、神经干细胞、骨髓干细胞、牙髓干细胞、胎盘干细胞、脐带干细胞、脂肪干细胞或表皮干细胞,任何未高度分化、具有再生各种组织器官和人体的潜在功能的干细胞(包括但不限于:全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞)均在本发明的保护范围内。
本发明的第三方面提供了如下任一种方法:
(1)一种体外非治疗目的的促进干细胞多能性维持和/或重编程的方法,所述方法包括如下步骤:向有需要的体外干细胞体系中施用有效量的本发明第一方面中所述的过表达lncRNA PARIT1的试剂;
(2)一种体外非治疗目的的促进干细胞多能性退出的方法,所述方法包括如下步骤:向有需要的体外干细胞体系中施用有效量的本发明第二方面中所述的lncRNA PARIT1抑制剂。
在一些实施方案中,所述方法中的干细胞包括但不限于:iPSC、胚胎干细胞、间充质干细胞、造血干细胞、神经干细胞、骨髓干细胞、牙髓干细胞、胎盘干细胞、脐带干细胞、脂肪干细胞或表皮干细胞。任何未高度分化、具有再生各种组织器官和人体的潜在功能的干细胞(包括但不限于:全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞)均在本发明的保护范围内。
本发明的第四方面提供了如下任一种产品:
(1)一种促进干细胞多能性维持和/或重编程的产品,所述产品包含本发明第一方面中所述的过表达lncRNA PARIT1的试剂;
(2)一种促进干细胞多能性退出的产品,所述产品包含本发明第二方面中所述的lncRNA PARIT1抑制剂。
在一些实施方案中,所述产品还可包含细胞培养体系,所述细胞培养体系包括但不限于:干细胞培养基、干细胞来源的分化细胞培养基、抗坏血酸、乙酰半胱氨酸、奎诺二甲基丙烯酸酯、BSA、SCF、EPO、Flt-3L、TPO、IL-3、UM171、VPA、LAA、Trolox、NAC、SR1、PVA和/或地塞米松等。
相对于现有技术,本发明具有的有益效果:
本发明首次发现lncRNA PARIT1在促进干细胞多能性维持和/或重编程中的新用途,本发明通过实验证实了过表达lncRNA PARIT1能够促进干细胞多能性维持和/或重编程,抑制lncRNA PARIT1能够抑制干细胞多能性和/或重编程,为稳定维持细胞多能性、更加高效地诱导iPSC提供了一种新的思路和策略,对促进干细胞和重编程技术的应用具有重要的理论和现实意义。
附图说明
图1:综合Ribo-seq和CRIST-seq分析多能性相关核糖体互作lncRNA,其中,A图:人H9、iPSC和FBL多聚核糖体分离曲线;B图:核内小RNA-U6表达峰图,排除胞浆中细胞核成分污染;C图:人H9、iPSC和FBL细胞Ribo-seq和CRIST-seq综合分析。PARIT1是Ribo-seq和CRIST-seq中筛选获得的在H9/iPSC和FBL中差异性最显著的多能性相关核糖体富集转录本。
图2:PARIT1的鉴定及在多能干细胞核糖体中的表达,其中,A图:PARIT1的RNA-seq和CRIST-seq测序峰图(上),RACE方法鉴定PARIT1序列全长及2个外显子位置(下);B图:PARIT1在iPSC、H9和FBL核糖体中的表达差异,***P<0.005,****P<0.001vs.day 0;C图:随着拟胚体分化,PARIT1表达下降;D图:PARIT1在核糖体单聚-多聚组分中的富集分布。
图3:PARIT1敲低导致细胞多能性退出,其中,A图:在iPSC和H9细胞中用shRNA敲低PARIT1;B图:敲低PARIT1导致iPSC和H9细胞干性基因OCT4、SOX2和NANOG的mRNA水平显著降低;C图:敲低PARIT1导致iPSC和H9细胞干性基因OCT4、SOX2和NANOG的蛋白表达水平降低;D图:敲低PARIT1使iPSC细胞形态发生改变,趋向分化形态。*P<0.05,**P<0.01,***P<0.005,****P<0.001vs.shCT。
图4:PARIT1敲低影响拟胚体形成和中、外胚层分化,其中,A图:敲低PARIT1使iPSC拟胚体培养失败;B图:拟胚体分化中各胚层marker的动态表达,敲低PARIT1使中胚层和外胚层分化受到抑制。
图5:PARIT1过表达促进干细胞多能性维持,其中,A图:在人iPSC中过表达PARIT1。**P<0.01vs.EV;B图:通过用FBS部分替代培养体系中的多能性维持成分,诱导细胞分化,发现过表达PARIT1可帮助维持细胞多能性,抑制细胞分化;C图:在分化诱导培养体系中,过表达PARIT1可维持多能基因表达;D图:过表达PARIT1不影响拟胚体形成。
图6:PARIT1穿梭协调细胞核-核糖体功能互作,其中,A-B图:RNA-pulldown-质谱分析PARIT1结合蛋白图谱,显示与核糖体、蛋白质翻译相关蛋白以及RNA加工修饰相关蛋白结合;C-D图:RAT-PCR显示PARIT1与干性基因OCT4和SOX2的启动子和增强子结合。
图7:带有嘌呤霉素抗性的PARIT1过表达慢病毒质粒图谱。
图8:PARIT1对脐带间充质细胞多能性的调控作用,其中,A图:检测MSC细胞敲低PARIT1后,CD90、CD105、CD73和CD44的表达水平;B图:检测MSC细胞敲低PARIT1后,多能基因的表达水平;C图:检测MSC细胞中转入过表达PARIT1的慢病毒质粒后,多能基因的表达水平。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明,具体实施例仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员可以理解为:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
本发明所使用的试剂和原料为本领域普通技术人员容易获得,如无特殊说明,均可从商业途径得到,本发明未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件或按照厂商所建议的条件实施检测,特别地,下面实施例仅用于说明本发明,不应以任何方式限制本发明的范围。
实施例1Ribo-seq和CRIST-seq分析鉴定在核糖体富集的多能性相关lncRNA 1、实验材料
本项目中所使用的人胚胎干细胞系H9和iPSC克隆、皮肤成纤维细胞FBL均由中国科学院广州生物医药与健康研究院Miguel A.Esteban教授课题组惠赠,其中,所述皮肤成纤维细胞原购于Coriell研究所(AG06299)。
2、实验方法
提取人胚胎干细胞系H9、iPSC和成纤维细胞FBL的胞浆,经蔗糖密度梯度离心后,分离不同密度梯度样品,用分光光度计检测,绘制吸光度曲线(图1A),区分核糖体单聚-多聚组分。提取多聚核糖体组分中的RNA,及细胞总RNA,用高通量测序分析多能细胞与已分化细胞中差异性表达的lncRNA(Ribo-seq)。通过观察提取的核糖体RNA中RNU6-1的表达排除核糖体RNA样品中细胞核RNA污染(图1B)。采用CRIST-seq分析与多能基因OCT4和SOX2启动子和增强子互作的lncRNA,将Ribo-seq和CRIST-seq的结果综合分析,筛选在干细胞和成纤维细胞中差异性表达,在干细胞多聚核糖体中富集,并且与OCT4和SOX2互作的lncRNA转录本信息。经表达差异排序及qPCR检测,筛选出PARIT1分子,作为本项目的研究对象。
3、实验结果
人H9、iPSC和FBL细胞Ribo-seq和CRIST-seq综合分析结果如图1C所示,经表达差异排序及qPCR检测,筛选出PARIT1分子,作为本项目的研究对象,lncRNA PARIT1是Ribo-seq和CRIST-seq中筛选获得的在H9/iPSC和FBL中差异性最显著的多能性相关核糖体富集转录本,所述lncRNA PARIT1的序列为:CGGGGTGTATAGGCAAAACAATTTGGTTGCTAAGGCGCAGATCCTGA ACTAACTTGCAAGGCTTGTCTGGTTTTAGGACAGGTAAAATGGGGGAATTGTAAGGAGAGTTTATAGGCTTTAAAAGGCCGTGCTGTAGCAGGCGAGTAATAACAGGCTTTAATCTTTTTAAAGAGTGCTGCGGGATGGGATATTGGCGTTGAGTGGGGTAAGGGTGATTAGGTTTTAATGAGATGGTAAGGGGTGCATGATCGGTCGCCAAGGAGGGAGTAGAGGTATCTTATACTTGTGGGTTAAGGTGGGGGAATACAAGAGGAGGACGCAAAGGAGGCTTTGGATTGGGAAGAAGGGCGGCAATGAGATATAGCTGTAGTCCAGGAATAGTCAGGGAAGCAGATAATTTAGTTAACGTGTCTCAGTCTAATAAGGGAACTGGGCAGGTGGGGATAACTAAAAAGGAGTGCTTAAAAGAGTATTGTCTAAGTTGGCACCAGAGTTGGGGAGTTTTAAGAGGTTTAGAAGCCTGGCCGTCAATACCCACAACAGTTATGGAGGCAAGGGAAACAGGCCCTTGAAAAGAAGGTAATGTGGAGTGAGTAGCCTCCGTATTGATTAAGAAGGGGACGGGCTTACCTTCCACTGTGAGAGTTACCCGAAGCTCGGTGTCCGTGATGGTCTAGGCGGCTTCCGAGGCGATCGGGCAGTGTCAGTCTTCAGCCGCTAAGCCGAGAAGATCTGGGAAGGAGTCAGTCAGAGAGCCTTGGGCCGGAGTTCCAGGGGCTCTGGGAGTGGCTGCCAGGTGAGTTGAACAGTCCGATTTTCAGTGGGGTCCCACACAGATGGGACGCGGCTTAGGAGGAATCCCAGGCTGCGGGCATTCCTTGGCCCAGTGGCGCTACATGTGCCGGAAATCTGAAGCTCCCCGGATTTGAAATTGGTGAGATGTTTCTTGGGCTGGTCGGTCTGAGGACCTGAGGTCGTAGGCGGATGTTTCTCACAGAGCAAAGAGCAGGAGGACAGGGGATTGATCTCCCAAGGGAGGTCCCCCGATCCGAGTCATGGCACCAAATTTCATGCGCGTCCGTGTGAAGAGACCACCAAACAGGCTTTGTGTGAGCAATAAAGCTGTTTATTTCACCTGGGTGCAGGTAGGCTGAGTCCGAA(SEQ ID NO:1)。
实施例2lncRNA PARIT1在多能干细胞核糖体中的表达
1、实验方法
检测PARIT1在H9、iPSC和FBL中的表达丰度,具体地,采用Ribo-seq测序和CRIST-seq测序检测PARIT1的富集情况,采用RACE方法鉴定PARIT1序列全长及外显子位置,进一步通过qPCR验证PARIT1在iPSC、H9、FBL细胞核糖体中的表达情况,通过拟胚体分化实验分析PARIT1表达与细胞多能性的关系,通过蔗糖密度梯度离心分离核糖体单聚-多聚组分,分析PARIT1在核糖体上的富集分布。
2、实验结果
PARIT1在H9、iPSC和FBL中的表达丰度如图2A所示,PARIT1在H9和iPSC的Ribo-seq和CRIST-seq结果有较高富集,而在FBL中不表达。根据测序结果给出的转录本位置及序列,通过RACE技术明确PARIT1的全长,发现PARIT1由2个外显子组成,全长1161nt,位于chr12:14707427-14710251(图2A下)。qPCR验证表明PARIT1在iPSC和H9细胞核糖体中高度富集,而在FBL中不表达(图2B)。拟胚体分化实验分析PARIT1表达与细胞多能性的关系,发现随着拟胚体分化、细胞干性退出,PARIT1的表达也随之显著降低(图2C)。通过蔗糖密度梯度离心分离核糖体单聚-多聚组分,分析PARIT1在核糖体上的富集分布,结果如图2D所示,PARIT1在单聚和多聚核糖体中均有富集。
实施例3PARIT1敲低导致细胞多能性退出
1、实验方法
构建带有嘌呤霉素抗性的PARIT1 shRNA敲低慢病毒质粒,包装慢病毒后转染胚胎干细胞系H9和iPSC克隆,经嘌呤霉素筛选阳性转染细胞克隆。提取PARIT1敲低细胞的总RNA及蛋白,用RT-qPCR和Western Blot检测PARIT1对多能基因OCT4、SOX2和NANOG的表达调控作用。同时将细胞爬片采用免疫荧光方法检测多能基因的表达,碱性磷酸酶-SSEA4染色分析细胞多能性的变化,明确PARIT1对多能基因和细胞多能性的调控作用。其中,shPARIT1-1、shPARIT1-2对应的序列如下所示:
shPARIT1-1:TAGCTGTAGTCCAGGAATAGT(SEQ ID NO:2);
shPARIT1-2:GCTACATGTGCCGGAAATCTG(SEQ ID NO:3)。
2、实验结果
在人H9细胞和iPSC中采用2个shRNA慢病毒敲低PARIT1,观察其对细胞多能性的调控作用。如图3A所示,在H9和iPSC中,shPARIT1-2的敲低效果均更为显著。检测PARIT1敲低后iPSC和H9细胞中干性基因的mRNA表达水平,发现2个shRNA慢病毒均可使干性基因OCT4、SOX2和NANOG的mRNA表达显著降低。同样地,敲低PARIT1使干性基因OCT4、SOX2和NANOG的蛋白表达水平降低,尤其是shPARIT1-2组,干性基因蛋白表达降低更为明显(图3C)。通过观察细胞形态也发现,与shCT组相比,PARIT1敲低后,iPSC细胞形态变为梭形,细胞克隆中心变得结构松散,趋向分化细胞形态(图3D)。
实施例4PARIT1敲低影响拟胚体形成和中、外胚层分化
1、实验方法
采用AggreWellTM800plates和AggreWellTMEB Formation Medium将PARIT1敲低或过表达的H9细胞和iPSC诱导为拟胚体(EB),用显微镜观察拟胚体形态,在培养1-7天过程中收取拟胚体,提取总RNA和总蛋白,检测多能基因OCT4、SOX2和NANOG的表达,以及内胚层标志物SOX17、CXCR4和FOXA2,中胚层标志物Brachyury(T)、NCAM,以及外胚层标志物PAX6和Nestin的表达,明确PARIT1对多能干细胞分化的调控作用。
2、实验结果
拟胚体的形成和三胚层分化能力是反映干细胞多能性的重要指标。为了研究PARIT1对干细胞多能性的调控作用,我们在PARIT1敲低的iPS细胞中,采用低吸付U形孔板培养(每孔形成1个拟胚体),观察拟胚体形成及三胚层分化标志物的表达。如图4A所示,shCT组iPS经培养5-7天后,可形成形状规则的球状拟胚体结构,而PARIT1敲低的iPS细胞不能形成球形拟胚体。通过检测三个胚层的标志物发现,PARIT1敲低导致中胚层和外胚层的分化明显受阻(图4B),说明PARIT1敲低使干细胞多能性退出,分化功能受损。
实施例5PARIT1过表达促进干细胞多能性维持
1、实验方法
构建带有嘌呤霉素抗性的PARIT1过表达慢病毒质粒(图7),包装慢病毒后转染胚胎干细胞系H9和iPSC克隆,经嘌呤霉素筛选阳性转染细胞克隆。提取PARIT1过表达细胞的总RNA及蛋白,用RT-qPCR和Western Blot检测PARIT1对多能基因OCT4、SOX2和NANOG的表达调控作用。同时将细胞爬片采用免疫荧光方法检测多能基因的表达,碱性磷酸酶-SSEA4染色分析细胞多能性的变化,明确PARIT1对多能基因和细胞多能性的调控作用。
2、实验结果
通过构建PARIT1过表达慢病毒转染iPS细胞,观察PARIT1过表达对细胞多能性维持的促进作用(图5A)。在此实验中,我们将iPSC培养体系中的多能性维持添加剂部分替换为FBS,诱导其分化,观察PARIT1过表达是否可帮助细胞抵抗分化,维持多能性。结果如图5B所示,从细胞形态观察,在添加剂降至60%时转入空质粒的EV组细胞出现明显的分化形态,而过表达PARIT1的细胞虽然也出现分化趋势,但相较EV组细胞保持了更好的干细胞形态。检测细胞干性基因蛋白表达,发现与转入空载体细胞相比,PARIT1过表达可使外在促分化因素导致的干性基因表达水平降低有所缓解(图5C)。采用低吸付U型孔板培养拟胚体,发现过表达PARIT1对拟胚体的形成没有影响,与对照组一样可形成形状规则的球形拟胚体(图5D)。
实施例6PARIT1与核内干性基因互作穿梭协调核糖体-细胞核功能1、实验方法
首先通过RNA-pulldown-质谱研究PARIT1与胞浆中的核糖体成分、细胞核内分布的蛋白分子的结合情况,同时,为了研究核内分布的PARIT1是否与干性基因存在互作,采用RAT方法调取PARIT1的核内结合DNA分子,具体方法如下:取3-5×106个H9或iPS细胞,低渗法裂解细胞膜后,离心提取细胞核,经洗涤2次后获得纯化细胞核。将收集的细胞核用于高温逆转录反应,以三条PARIT1特异性反向引物作为逆转录引物,在耐高温逆转录酶Maxima(Thermo ScientificTMEP0751)的催化下,65℃反应1h,同时用biotin-dCTP标记新合成的cDNA分子。以无关序列引物为对照。将反应产物超声裂解后,用链亲和素磁珠富集cDNA-DNA复合物。将此复合物在蛋白酶K作用下55℃解交联过夜,再用RNaseA消化,经酚-氯仿抽提后,醇沉收集DNA,经建库后用高通量测序分析。进一步采用qPCR检测了关键干性基因OCT4和SOX启动子和增强子区域的富集。
2、实验结果
经RNA-pulldown-质谱研究发现,PARIT1不仅与胞浆中的核糖体成分结合,还结合了许多细胞核内分布的蛋白分子,包括与DNA复制、修复和RNA转录加工相关的蛋白(图6A-B)。同时,为了研究核内分布的PARIT1是否与干性基因存在互作,我们采用RAT方法调取PARIT1的核内结合DNA分子,用qPCR检测了关键干性基因OCT4和SOX启动子和增强子区域的富集。结果显示,PARIT1可结合至OCT4的启动子和1号外显子中的增强子序列,还可结合SOX2的启动子和增强子序列(图6C-D)。说明PARIT1可增强干性基因启动子和增强子的远距离染色质互作,上述实验结果中PARIT1对干性基因mRNA表达的调控作用(图3B)可能通过此种调控染色质空间构象机制介导。
实施例7PARIT1对脐带间充质干细胞(MSC)多能性的调控作用1、实验方法
在P3代脐带间充质细胞中,用siPARIT1-1和siPARIT1-2敲低PARIT1后,采用BDStemflowTMHuman MSC Analysis Kit(562245)染色标记MSC多能性标志分子,流式细胞术检测CD90、CD105、CD73和CD44,分析平均荧光强度。
2、实验结果
结果如图8所示,由图8A可以看出,MSC细胞敲低PARIT1后,CD90、CD105、CD73和CD44均显著降低。提取细胞总蛋白,Western Blot检测多能性基因OCT4、SOX2和NANOG的蛋白表达,由图8B可以看出,敲低PARIT1导致多能基因表达下降。在MSC细胞中转入过表达PARIT1的慢病毒质粒和空质粒,Western Blot检测多能基因表达情况,如图8C所示,过表达PARIT1可促进多能基因表达升高。
实施例8敲低PARIT1抑制重编程,促进PARIT1的表达促进重编程
此外,本申请通过重编程相关实验证明了敲低PARIT1能够抑制重编程,而促进PARIT1的表达则能够促进重编程。
Claims (10)
1.过表达lncRNA PARIT1的试剂在促进干细胞多能性维持和/或重编程中的应用,其特征在于,所述lncRNA PARIT1的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述试剂包括过表达lncRNA PARIT1的载体、携带lncRNA PARIT1的纳米颗粒、包裹lncRNAPARIT1的蛋白微球、包裹lncRNA PARIT1的脂质体和/或其任意组合。
3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于,所述试剂为过表达lncRNA PARIT1的载体或体外合成的PARIT1 RNA序列;
可选地,所述过表达lncRNA PARIT1的载体包括过表达lncRNAPARIT1的慢病毒载体、过表达lncRNAPARIT1的腺相关病毒载体或过表达lncRNA PARIT1的腺病毒载体。
4.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述干细胞包括iPSC、胚胎干细胞、间充质干细胞、造血干细胞、神经干细胞、骨髓干细胞、牙髓干细胞、胎盘干细胞、脐带干细胞、脂肪干细胞或表皮干细胞;
可选地,lncRNA PARIT1的过表达能够促进iPSC或胚胎干细胞中多能性基因OCT4和SOX2的表达。
5.lncRNAPARIT1抑制剂在促进干细胞多能性退出中的应用,其特征在于,所述lncRNAPARIT1的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示。
6.根据权利要求5所述的应用,其特征在于,所述lncRNA PARIT1抑制剂包括靶向lncRNA PARIT1的shRNA、siRNA、dsRNA、微小RNA、反义核酸中的任意一种或多种。
7.根据权利要求6所述的应用,其特征在于,所述lncRNA PARIT1抑制剂为靶向lncRNAPARIT1的shRNA或siRNA;
可选地,所述靶向lncRNA PARIT1的shRNA的序列如SEQ ID NO:2或SEQ ID NO:3所示;
可选地,所述靶向lncRNA PARIT1的siRNA的序列如SEQ ID NO:4或SEQ ID NO:5所示。
8.根据权利要求5所述的应用,其特征在于,所述干细胞包括iPSC、胚胎干细胞、间充质干细胞、造血干细胞、神经干细胞、骨髓干细胞、牙髓干细胞、胎盘干细胞、脐带干细胞、脂肪干细胞或表皮干细胞;
可选地,所述lncRNAPARIT1抑制剂能够抑制iPSC或胚胎干细胞拟胚体的形成和三胚层的分化。
9.如下任一种方法,其特征在于,所述方法包括:
(1)一种体外非治疗目的的促进干细胞多能性维持和/或重编程的方法,所述方法包括如下步骤:向有需要的体外干细胞体系中施用有效量的权利要求1-4任一项中所述的过表达lncRNA PARIT1的试剂;
(2)一种体外非治疗目的的促进干细胞多能性退出的方法,所述方法包括如下步骤:向有需要的体外干细胞体系中施用有效量的权利要求5-8任一项中所述的lncRNA PARIT1抑制剂。
10.如下任一种产品,其特征在于,所述产品包括:
(1)一种促进干细胞多能性维持和/或重编程的产品,所述产品包含权利要求1-4任一项中所述的过表达lncRNA PARIT1的试剂;
(2)一种促进干细胞多能性退出的产品,所述产品包含权利要求5-8任一项中所述的lncRNA PARIT1抑制剂。
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