组织干细胞在器官衰老与再生中的作用及调控机制研究.docVIP

项目名称： 组织干细胞在器官衰老与再生中的作用及调控机制研究 张雁云 中国科学院上海生命科学研究院 2010.9至2015.9 中国科学院 上海市科委 总体目标 揭示组织干细胞在衰老和再生中的本质作用本着，着重解决符合重大需求的关键问题的原则，立足于中国科学院干细胞重点实验室干细胞干细胞我们研究已得重要特色技术平台自然衰老、快速老化（SAMP）系列模式动物辐射致急性衰老模式动物形成新策略领域的衔接和交叉，形成高水平的学术研究人才梯队加快我国基础研究解决国家重大战略需求五年预期目标： 器官衰老中组织干细胞的变化特征，揭示基因组稳定性对干细胞功能的影响及作用机制 发现组织干细胞发现细胞DNA修复抗氧化物酶活性等；发现调控组织干细胞老化的关键因及其参与的信号传导通路；衰老和表观遗传变，多层次揭示衰老基因规律，为抗衰老的细胞分子生物学研究和药物研发提供明确的图谱及候选靶位组织发现器官衰老中组织干细胞活化启动的关键调控因子，明晰组织干细胞迁移模式 作用规律阐明组织干细胞的调机制，器官衰老和再生中组织干细胞的调控 阐明衰老和再生中组织干细胞关键调节因子表达的转录、转录后和表观遗传调控机制，以及表观遗传调控关键分子miRNAs、Dicer、Dnmt3a和Sirt2等对组织干细胞的调节作用。利用不同衰老模式动物，建立不同状态下组织干细胞的转录组谱、DNA甲基化谱、miRNA谱、组蛋白修饰谱和微环境关键因子的分泌谱，整合不同层次的信息，构建衰老和再生中组织干细胞的调控网络模型。指导设计合理的干预措施基于以上目标，本项目将发表SCI收录的学术论文篇以上，其中在相关领域的国际权威刊物上发表论文篇以上，申报发明专利项，取得具有国际影响的原创性成果-5项，培养研究生30-50名；并形成组织干细胞领域的杰出人才梯队。 三、研究方案 学术思路 本项目针对组织干细胞与衰老及再生研究和应用中的重要理论问题，以“认识器官衰老中组织干细胞变化特征，阐明器官衰老再生中组织干细胞活化启动、分化定向和参与组织重建的分子机制，发现关键调节因子及其上游调控信号，构建器官衰老中组织干细胞的调控网络模型，探索调控组织干细胞干预器官衰老和再生的新策略”为研究目标，集成细胞生物学、基因组学、放射免疫学、遗传及表观遗传学、生物影像学和生物信息学等优势学科力量，利用系统模式生物平台和先进技术手段，进行多学科交叉系统研究，集中攻关关键科学问题。围绕组织干细胞影响器官衰老/再生平衡的生物学活动过程，系统研究器官衰老中组织干细胞及其微环境的变化和交互作用；明晰器官衰老再生中组织干细胞活化启动、迁移定位、分化定向和参与组织重建的关键调节因子及其时空作用特性；阐明遗传和表观遗传调控在衰老和再生中对组织干细胞及其微环境的作用；提出其调控网络模型，揭示组织干细胞在器官衰老与再生中的作用规律；进而，探索和形成调控组织干细胞干预器官衰老和再生的新策略，以期在关键科学问题上取得重大突破，为实现调控组织干细胞延缓衰老和防治衰老相关性疾病的最终目标奠定重要理论基础。 技术途径 建立和利用自然衰老、快速老化（SAMP）系列模式动物辐射致急性衰老模式动物，为后续实验提供不同衰老类型的模式动物。利用已有的肝脏或神经干细胞遗传标记小鼠品系，也制备上述相关模式动物，用于干细胞活体示踪和微环境研究等实验。 利用已建立的细胞显微成像技术和激光显微切割技术平台，从衰老模式动物的肝脏和神经系统中分离组织干细胞；运用细胞和分子生物学技术，高通量转录组学和表观遗传学等方法，建立上述细胞的细胞学特征和分子指纹图谱，寻找不同衰老模式动物中肝脏和神经组织的组织干细胞老化的特异分子标志，以揭示不同衰老模型中组织干细胞变化的共同规律。 采用特异的DNA损伤检测手段，分析DNA双链断裂（DSBs）及DNA碱基损伤状况，并揭示在衰老及相关疾病中组织干细胞DNA损伤水平和类型的规律性和特异性。 利用DNA损伤应答或修复缺陷小鼠模型（如ATM、Ku80、Lig4缺陷）和相关信号通路分子的缺陷模型（如p53、p16INK4a、Bmi-1 缺陷），发现并确定DNA 损伤诱导衰老的信号传导机制，阐明DNA损伤应答维持干细胞稳态的作用机制。 在不同衰老模式动物的肝脏和神经组织中，利用示踪标记或组织干细胞相关标志，以显微切割技术分离组织干细胞及其周围组织。采用基因芯片、高效液相色谱、质谱分析和同步辐射光源技术等高通量分析技术平台，检测和分析器官衰老和再生中组织干细胞微环境中细胞因子、生长因子、趋化因子、黏附因子、磷脂分子、细胞外基质、金属离子和微营养素等的表达。利用不同模式动物，分析比较不同状态时肝脏和神经组织干细胞的微环境特征，揭示其变化规律。建立组织干细胞微环境监视评价体系。 利用组织干细胞体外培养和分析系统，结合活体示踪