表觀(guān)遺傳學(xué)在骨髓間充質(zhì)干細胞凋亡與分化的調控作用

　　表觀(guān)遺傳學(xué)是指DNA序列不發(fā)生變化而基因表達卻發(fā)生了可遺傳的改變的一門(mén)遺傳學(xué)分支學(xué)科，下面是小編搜集整理的一篇探究表觀(guān)遺傳學(xué)調控作用的論文范文，歡迎閱讀查看。

　　引言

　　表觀(guān)遺傳學(xué)是指DNA序列不發(fā)生變化而基因表達卻發(fā)生了可遺傳的改變的一門(mén)遺傳學(xué)分支學(xué)科，主要機制包括：DNA甲基化、組蛋白修飾、基因沉默，廣義上還包括微小RNA(microRNA,miR-NA)的調控等[1].骨髓間充質(zhì)干細胞(bonemarrowmesenchymalstemcells,BMSCs)是存在于骨髓中的具有高度自我更新能力和多向分化潛能的干細胞群體，具有多向分化潛能，在細胞工程和基因工程中具有潛在應用前景，在再生醫學(xué)中具有重要的臨床應用價(jià)值[2].近年來(lái)，表觀(guān)遺傳學(xué)在骨髓間充質(zhì)干細胞凋亡與分化的調控作用研究中的應用已經(jīng)成為熱點(diǎn)，極大地促進(jìn)了再生醫學(xué)的發(fā)展，本文對主要研究進(jìn)展作一綜述。

　　1、DNA甲基化調控骨髓間充質(zhì)干細胞的凋亡與分化

　　DNA甲基化是最重要的一種表觀(guān)遺傳學(xué)修飾方式，是指在DNA甲基轉移酶(DNAmethyltrans-ferases,DNMT)的催化下，以S-腺苷甲硫氨酸作為甲基供體，在CpG二核苷酸5′胞嘧啶的第5位碳原子上加一甲基基團，使之變成5′-甲基胞嘧啶的化學(xué)修飾過(guò)程[3].其中，DNA啟動(dòng)子高甲基化能下調相應基因的表達，對骨髓間充質(zhì)干細胞的凋亡有重要1Choi等[4]通過(guò)對比第5代與第15代骨髓間充質(zhì)干細胞中DNA的甲基化模式，研究DNA甲基化對骨髓間充質(zhì)干細胞衰老的調控作用，發(fā)現與DNA復制、細胞周期及過(guò)氧化物酶體增殖物活化受體信號通路相關(guān)基因的高甲基化可能為導致骨髓間充質(zhì)干細胞衰老的重要原因。這意味著(zhù)上述基因可能成為延緩骨髓間充質(zhì)干細胞凋亡的重要靶點(diǎn)。此外，DNA啟動(dòng)子低甲基化則能上調基因的表達。

　　Naeem等[5]用兩種去甲基化藥物zebularine和5-氮胞苷處理骨髓間充質(zhì)干細胞，并分別用RT-PCR和免疫化學(xué)的方法測定心臟特異性基因和心肌特異性蛋白的表達水平，發(fā)現GATA4和Nkx2.5基因編碼的mRNA、蛋白質(zhì)，以及心肌肌鈣蛋白T均可標測到，從而表明用DNA去甲基化藥物可促使骨髓間充質(zhì)干細胞轉化形成心肌細胞。因此，DNA啟動(dòng)子的甲基化與去甲基化均可通過(guò)調控相應基因靶點(diǎn)的表達，從而調控骨髓間充質(zhì)干細胞的分化與凋亡。

　　2、組蛋白乙�；�調控骨髓間充質(zhì)干細胞的分化

　　組蛋白乙�；�是通過(guò)組蛋白乙�；�轉移酶(histoneacetylases,HATs)和組蛋白去乙�；�酶(histoneacetyltransferase,HDACs)協(xié)調完成的，常見(jiàn)于組蛋白H3的Lys9、14、18、23和H4的Lys5、8、12、16等位點(diǎn)，其可使核小體的結構變得松弛，促進(jìn)轉錄因子和協(xié)同轉錄因子與DNA分子接觸，從而激活特定基因的轉錄過(guò)程[6].組蛋白的去乙�；�是HDACs使啟動(dòng)子不易接近轉錄調控元件，從而抑制轉錄，和基因的失活相關(guān)。

　　Dong等[7]用HDACs抑制劑丙戊酸處理骨髓間充質(zhì)干細胞72h,發(fā)現肝臟特異性標記物在mRNA和蛋白質(zhì)水平均顯著(zhù)提高，同時(shí)丙戊酸可顯著(zhù)提高骨髓間充質(zhì)干細胞分化形成的肝細胞功能，如糖原儲存、細胞色素酶P450的活性以及甲胎蛋白和白蛋白合成均顯著(zhù)提高;通過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現，骨髓間充質(zhì)干細胞經(jīng)丙戊酸處理后細胞中組蛋白H3、H4乙�；�程度增加，從而表明丙戊酸可能通過(guò)抑制HDACs的活性而增加染色質(zhì)的乙�；癄顟B(tài)，進(jìn)而促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細胞向肝細胞方向分化。然而，目前關(guān)于組蛋白乙�；瘜�骨髓間充質(zhì)干細胞調控作用的研究仍然相對較少，需要更多的研究對其進(jìn)行深入地探討。

　　3、siRNA誘導基因沉默調控骨髓間充質(zhì)干細胞的凋亡

　　人工導入、RNA病毒、轉座子或重復序列等dsRNA被Dicer酶加工成長(cháng)為21~26nt的小干擾RNA(smallinterfering,siRNA)，這些siRNA可與一些蛋白組分形成一個(gè)沉默效應復合體，從而降解與siRNA互補的mRNA序列進(jìn)而誘導基因沉默。

　　Smac基因作為新發(fā)現的一種由線(xiàn)粒體釋放的促凋亡蛋白，其可參與細胞凋亡的線(xiàn)粒體通路和死亡受體通路的下游反應，通過(guò)特異性地結合凋亡抑制蛋白(inhibitorofapoptosisproteins,IAPs)，解除IAPs對Caspase的抑制作用，從而促進(jìn)細胞凋亡。

　　陸超等[8-9]利用Par4-siRNA誘導Par4基因沉默，探討Par4基因沉默對人骨髓間充質(zhì)干細胞中Smac基因表達的影響。研究結果表明，設計的Par4-siRNA可顯著(zhù)誘導骨髓間充質(zhì)干細胞中Par4基因沉默，進(jìn)而拮抗谷氨酸對骨髓間充質(zhì)干細胞凋亡的誘導作用，而后者可能與Par4-siRNA對谷氨酸誘導的骨髓間充質(zhì)干細胞中Smac蛋白表達上調，進(jìn)而上調Caspase-3的活性密切相關(guān)。骨髓間充質(zhì)干細胞移植在修復梗死心肌組織中有著(zhù)良好的應用前景，而氧化應激作用使大部分移植后的骨髓間充質(zhì)干細胞存活時(shí)間短，從而限制了該療法的廣泛應用。

　　Hua等[10]為研究siRNA靶向下調Caspase-3的表達對骨髓間充質(zhì)干細胞凋亡的影響，通過(guò)初步實(shí)驗表明，轉染Caspase-3siRNA的骨髓間充質(zhì)干細胞中編碼Caspase-3酶的mRNA及Caspase-3酶的表達量均比非轉染的骨髓間充質(zhì)干細胞低。在此基礎上，其用含雙氧水的培養基培養骨髓間充質(zhì)干細胞以誘導其凋亡過(guò)程，發(fā)現雙氧水誘導凋亡的骨髓間充質(zhì)干細胞與正常骨髓間充質(zhì)干細胞轉染Caspase-3siR-NA后，前者編碼Caspase-3酶的mRNA顯著(zhù)高于后者，從而表明siRNA可通過(guò)靶向下調Caspase-3的表達，顯著(zhù)提高氧化應激作用下的骨髓間充質(zhì)干細胞的存活率。由于調控細胞凋亡的基因數量巨大，在對這些基因進(jìn)行深入分析的基礎上設計出相應的siRNA誘導基因沉默，因此siRNA在調控細胞凋亡方面有著(zhù)良好的應用前景。

　　4、miRNA調控骨髓間充質(zhì)干細胞的分化

　　miRNA是一類(lèi)具有調控功能的內源性非編碼RNA,其大小為20~25個(gè)核苷酸，可通過(guò)結合靶mRNA中的3′非編碼區，從而降解靶mRNA或阻遏靶mRNA的翻譯。據統計，人類(lèi)約有30%的基因受到miRNA的調控。目前相關(guān)研究表明，miR-NA在調控骨髓間充質(zhì)干細胞的神經(jīng)分化、成骨分化及心肌分化方面有著(zhù)重要的作用。研究表明，miRNA-124[11]/125b[12]/9[13]均可誘導骨髓間充質(zhì)干細胞的神經(jīng)分化，其中，miRNA-124/125b調控骨髓間充質(zhì)干細胞的神經(jīng)分化主要與上調細胞中β3微管蛋白和微管相關(guān)蛋白2表達率密切相關(guān)，而miRNA-9則可能通過(guò)Notch-9信號通路[13]或鋅指蛋白521[14]調控骨髓間充質(zhì)干細胞的神經(jīng)分化。在萎縮性骨不連組織中，hsa-miRNA-149、hsa-miR-NA-654-5p和hsa-miRNA-221的表達上調，而魏鈞強[15-16]等則通過(guò)定量實(shí)時(shí)PCR和免疫印跡法測定第4代人骨髓間充質(zhì)干細胞的成骨分化過(guò)程相關(guān)基因編碼的mRNA和蛋白質(zhì)在不同時(shí)間的表達水平，發(fā)現堿性磷酸酶(alkalinephosphatase,ALP)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(bonemorphogeneticprotein1BMP-2)和血小板源生長(cháng)因子A(platelet-derivedgrowthfactorA,PDGF-A)均顯著(zhù)增加，hsa-miRNA-149和hsa-miRNA-654-5p分別能負性調控ALP和BMP-2基因編碼的mRNA與蛋白質(zhì)水平，而hsa-miRNA-221則與PDGF-A無(wú)明顯關(guān)系，其中hsa-miRNA-654-5p可通過(guò)作用于BMP-2的特定靶點(diǎn)而直接抑制BMP-2的mRNA和蛋白表達，但hsa-miRNA-149是否也通過(guò)作用于A(yíng)LP的特定靶點(diǎn)而直接抑制BMP-2的mRNA和蛋白表達則仍需進(jìn)一步的研究去探索。此外，miRNA-125b能特異性與Smad4mRNA的3'-UTR結合，而干擾Smad4表達則能抑制ALP活性及RUNX2mRNA表達水平，因此miRNA-125b可通過(guò)抑制靶基因Smad4的表達調控骨髓間充質(zhì)干細胞的成骨分化[17],而miR-NA-31可通過(guò)抑制骨特異性轉錄因子Osterix的表達調控骨髓間充質(zhì)干細胞的成骨分化[18],相關(guān)研究表明，miRNA-146a[19]、miRNA-26a[20]和miRNA-30a-5P[21]可能參與調控骨髓間充質(zhì)干細胞的成骨分化，但是具體的機制則仍不清楚。此外，Liu等[22]通過(guò)研究表明miRNA-16可以通過(guò)抑制CCND1、CCND2和CDK6基因的表達，誘導骨髓間充質(zhì)干細胞分裂阻滯于G1期，進(jìn)而促使骨髓間充質(zhì)干細胞向心肌細胞方向分化。相關(guān)研究初步表明miRNA-424[23]和miRNA-499[24]可誘導大鼠骨髓來(lái)源間充質(zhì)干細胞向心肌樣細胞分化，但其具體的機制則仍需要進(jìn)一步研究去探討。

　　5、展望

　　綜上所述，DNA甲基化、組蛋白乙�；�、siRNA誘導基因沉默以及miRNA能夠調控骨髓間充質(zhì)干細胞的凋亡與分化，促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細胞在骨修復、神經(jīng)修復和心肌修復等方面的應用。然而，表觀(guān)遺傳學(xué)在骨髓間充質(zhì)干細胞研究中的應用仍然存在諸多不足。首先，miRNA-146a、miRNA-26a和miRNA-30a-5P調控骨髓間充質(zhì)干細胞成骨分化，以及miRNA-424和miRNA-499調控骨髓間充質(zhì)干細胞心肌分化的具體機制仍然不清楚;其次，許多研究仍處于基礎研究階段，如何與臨床治療更好地結合起來(lái)則需要進(jìn)一步的探索。因此，表觀(guān)遺傳學(xué)在骨髓間充質(zhì)干細胞的調控方面具有良好的應用前景，但是仍需更多深入地去探討研究。

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