Dppa2基因在维持小鼠胚胎干细胞不分化过程中的功能研究及其启动子的克隆与转录调控分析

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Dppa2(Developmental pluripotency—associated2)是近年发现的在多能性细胞中特异表达的新基因。目前关于DPPA2(人)/Dppa2(小鼠)基因的相关信息主要包括两方面:DPPA2/Dppa2作为一个多能性标志基因的表达分析和DPPA2作为一个cancer/testis基因在部分癌细胞中的表达。然而DPPA2/Dppa2基因的功能和发挥作用的机制仍有待进一步的研究。本课题的目的就在于以小鼠胚胎干细胞(mouseembryonic stem cells,mESCs)为材料,探索Dppa2基因在维持mESCs不分化过程中所发挥的作用以及可能的分子机制。   我们首先利用Real-time PCR分析了Dppa2基因在mESCs分化过程中的表达水平变化情况,并将之与Oct4,Sox2和Nanog基因的表达变化情况进行了分析和比较。我们采用了两种使mESCs分化的方法:悬浮培养形成拟胚体(Embryoid bodies,EBs)和维甲酸(Alltrans-retinoic acid,atRA)诱导mESCs分化。我们的结果表明,在两种分化条件下,Dppa2基因均表现出和Oct4,Sox2或Nanog基因相似的表达变化趋势,在分化早期时间点均出现不同程度的表达上调,而在mESCs分化后期各基因表达水平均显著下调至非常低的水平。   为了获得理想的mESCs转染效率,实现载体法对Dppa2基因的RNA干扰(RNA interference,RNAi),我们对脂质体LipofectamineTM2000转染mESCs的条件进行了摸索和优化。结果提示低密度培养条件下(30~50%)的mESCs更容易获得较高的转染效率(≥50%)。   利用RNAi技术我们首次对mESCs中Dppa2基因进行了表达抑制。RT-PCR和Real-time PCR结果表明我们的RNAi是成功的,两个针对Dppa2基因的干扰组中干扰效率分别达到了85%(sh1)和78%(sh2)。Dppa2基因的表达被抑制后mESCs表现出了一定的分化趋势,表现为:碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase,AKP)活性下降,染色有所减弱;多能性标记基因Oct4和Nanog的表达水平出现了微弱的下调(下调约20%左右)以及部分胚层标志基因(如内胚层的Fst和滋养外胚层的Psx1基因、)表达出现不同水平的上调。此外,通过BrdU嵌入实验对细胞的增殖能力变化进行检测,结果表明,Dppa2基因的表达抑制引起了mESCs增殖能力明显下降。端粒酶活性检测结果显示Dppa2基因的表达抑制并未引起mESCs端粒酶活性的明显改变。   利用5-RACE技术,我们将Dppa2基因的转录起始位点(Transcriptional start site,TSS)确定在其ATG上游-30bp处。此外,利用双荧光素酶报告系统,我们首次分析和检测了Dppa2基因不同启动子候选区段的活性,结果提示-176bp~+293bp区域为Dppa2核心启动子所在区。Dppa2启动子在mESCs中具有高启动活性,在P19细胞(小鼠胚胎癌细胞系,mECCs)中有一定启动活性,而在我们目前所检测的其它几种细胞中均基本无启动活性,提示Dppa2启动子在多能性细胞中特异表达。   通过生物信息学分析我们发现在Dppa2基因上游存在多个Oct4转录因子保守识别位点(ATGC(A/T)(A/T)-(A/T))提示该基因可能受到Oct4的转录调控。进一步通过染色质免疫共沉淀(chromatinimmunoprecipitation,ChIP)和凝胶电泳迁移率变动分析(electrophoretic gel mobility shift assay,EMSA)等实验验证,我们首次确定了Dppa2基因上游-1964~-1950处为Oct4转录调控识别位点。   总之,我们的研究结果表明Dppa2基因在维持mESCs不分化过程中发挥着一定的作用。此外,我们首次通过实验分析了该基因的转录起始位点并分离得到其启动子,并证实该基因受到了Oct4的(正)转录调控,提示Dppa2基因可能通过作为Oct4的下游基因之一参与维持mESCs不分化状态。我们的结果为进一步阐明维持胚胎干细胞不分化状态的分子调控机制奠定良好的基础。
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