小鼠胚胎干细胞自我更新的信号调控机制论文

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1、小鼠胚胎干细胞自我更新的信号调控机制论文【摘要】小鼠胚胎干细胞是一种全能干细胞，具有体内体外全能分化特性。体外培养时能够进行自我更新，即细胞通过对称分裂在维持全能性不丢失的情况下细胞数目增多。全能性维持受多条信号通路的调控，其中gp130下游的JAK-STAT3及PI3K通路的活化能维持胚胎干细胞的自我更新，而SHP2-Ras-ERK的激活则促使胚胎干细胞分化。无血清条件下BMP4激活的通路与JAK-STAT3联合作用可保持胚胎干细胞的全能性。此外，Pbinationfreecultureconditionsonself-r

2、eneotiveeffectof)和滋养层(trophoblast)。ICM细胞具有全能分化特性，可继续分化产生内、外、中三个胚层的所有细胞，并最终形成完整的胚胎［1］；滋养层则为胚胎发育提供营养。小鼠胚胎干细胞(embryonicstemcells,ES细胞)即来源于3.5天的ICM［2］。当注射到孕鼠囊胚时，ES细胞具有与ICM细胞相似的全能分化特性［3］。体外培养时，ES细胞具有自我更新(self-reneouseembryonicfibroblast,MEF)共培养才可以维持其自我更新的特性；若失去MEF的支持则立即

3、发生分化，说明MEF能促进ES细胞增殖并/或抑制其分化。之后的研究表明：MEF通过分泌白血病抑制因子(leukemiainhibitoryfactor,LIF)抑制ES细胞的分化［10,11］。LIF属于IL-6细胞因子家族，该家族细胞因子主要有IL-6、IL-11、LIF、TF、CT-1、OSM等。该家族不同细胞因子具有相同或相似的生物学效应。例如，OSM，TF，CT-1及LIF都能抑制ES细胞分化。ES细胞不表达IL-6的受体，故IL-6不能抑制ES细胞分化，但当IL-6和其可溶性受体共同作用于ES细胞时即可以抑制ES细

4、胞的分化［12］。IL-6家族不同因子具有相同生物学效应的分子基础是它们共同的受体gp130［13］。gp130是一种跨膜蛋白，属细胞因子受体超家族，本身无激酶活性，其介导的信号传递依赖于细胞内一种非受体型酪氨酸(Tyr)蛋白激酶JAK(Januskinase)。gp130与配基结合引起细胞内的不同JAK分子之间的靠近和相互磷酸化，活化的JAK继而使gp130特定位点的Tyr残基磷酸化。继而，下游信号分子（如：STAT，SHP-2）则依赖SH2(Srchomology2)结构域与gp130上磷酸化的Tyr残基结合，而JAK则

5、能够使与gp130结合的该信号分子磷酸化而活化［14］。STAT3(signaltransducerandactivatoroftranscrip-tion)即是JAK下游具有SH2结构的主要信号分子，当其与gp130上的磷酸化Try结合后，JAK可以将其磷酸化，继而进入核内调节相关基因的转录和表达。除JAK-STAT3通路外，gp130还可以激活PI3K通路及SHP-2-Ras-ERK通路。在细胞因子的刺激下，SHP-2通过SH2结构域与gp130上磷酸化的Tyr残基结合，则SHP-2被磷酸化并为下游的连接蛋白提供结合位点

6、，继而活化Ras并进一步激活下游的ERK。ERK活化后直接作用于细胞质的靶分子或转移到细胞核内调节基因转录。此外，活化的Ras还可以通过PI3K的催化亚基p110将PI3K激活，从而使PI3K通路活化［15］。JAK-STAT3通路活化抑制小鼠ES细胞分化当LIF作用于小鼠ES细胞时，首先与细胞膜上的LIF受体（LIFR）结合形成二聚体，LIF-LIFR二聚体再与gp130结合成为三聚体。gp130通过上述机制使JAK-STAT通路中的STAT3活化［14］。体外培养时，STAT3的活化是小鼠ES细胞自我更新的必要条件［16

7、,17］。研究表明，受体gp130上有4个YXXQ序列，该序列内Tyr磷酸化是STAT与之结合的必需条件。gp130上这些结合位点缺失或突变，使STAT3不能与之结合并被活化，则ES细胞的自我更新不能继续。将STAT3第705位Tyr位点替换为Phe即形成突变体STAT3F，STAT3F可以同正常STAT3竞争gp130上的结合位点，以及同正常STAT3形成没有活性的二聚体，从而抑制STAT3的活化。因此，与正常的ES细胞相比较，携带有STAT3F基因的ES细胞在培养过程中更易发生分化［16］。同样，当用STAT3的反义寡核

8、苷酸转染ES细胞，细胞内STAT3表达的量降低也可促进ES细胞分化［17］。上述研究表明：STAT3的活化可以抑制小鼠ES细胞的分化。PI3K通路活化能够维持ES细胞的自我更新最近的研究表明，LIF还可以通过gp130激活磷酸肌醇-3激酶(phosphoinosidide3kinase,P