目的:传统理论中终末分化的细胞是不可逆的过程,不能转化为其他已分化细胞。近年来,谱系重编技术为诱导终末分化细胞功能转化开启了一道大门,根据重编程过程的不同分为两种方式,其中一种是诱导普通成体细胞转化为多能干细胞,再诱导分化为新的细胞类型,称为间接谱系重编;最新研究提示另一种重编程方法,直接谱系重编分化成熟细胞为其他类型的功能细胞。前期研究成果通过不同的慢病毒组合诱导,黑色素瘤细胞重编程为类神经元细胞。这一直接谱系重编过程中是否存在主调控基因及信号通路,本课题利用新一代转录组测序技术对诱导得到的类神经元细胞进行全转录组测序,研究黑色瘤细胞谱系重编机制,初步探讨在诱导过程中发挥关键作用的基因及信号通路,为改良谱系重编过程提供理论依据。方法:谱系重编得到黑色瘤细胞来源的类神经元细胞,原始细胞为A375细胞系,诱导过程中设立3组——4因子组、5因子组和对照组。利用4种已经证实能够诱导成纤维细胞向类神经元细胞转化的因子(神经母细胞特异性转移因子1(Achaete-scute homolog 1,Ascl1)、成神经分化因子1(Neurod1,neuronal differentiation 1)、髓鞘转录因子1(Myelin transcription factor 1,Myt1l)、大脑蛋白2(Brain protein 2,Brn2,also called POU3F2))诱导A375细胞,5因子组慢病毒组合为Ascl1、Neurod1、Myt1l、Brn2和人脑源性神经生长因子(Human brain-derived neurotrophic factor,h-BDNF),实验过程中以空载体慢病毒转染细胞作为对照组。基于本课题前期实验成果,诱导得到的类神经元细胞在第14天具有最佳的形态及类神经元功能,因此在该时间点收集诱导后细胞,提取RNA上机测序,采用国际公认算法DESeq进行3组实验组两两差异基因的筛选。其中筛选时,设立Log2FC>0.585或<-0.585,Pvalue<0.05,FDR<0.05为显著性差异基因。整合NCBI、Swissprot/Uniprot、The Gene Ontology、AmiGO等多个数据库的信息,对差异基因进行GO分析和Pathway分析,根据相关文献选出与细胞分化和神经系统发育相关的GO和Pahtway进行功能树分析和信号通路网络构建,找出发挥关键作用的GO和Pathway,通过趋势分析确定谱系重编过程中的主调控基因及信号通路,构建基因及信号通路共表达网络验证结果。结果:本课题利用5种因子不同组合(Ascl1,Neurod1,Myt1l,Brn2,h-BDNF)诱导A375细胞成功向类神经元细胞转化。通过深度测序,我们得到4因子组、5因子组及对照组的转录组数据。在4因子组与对照组之间共有893个差异基因,5因子组与对照组之间共有512个差异基因,同时在4因子组与5因子组之间有409个差异基因。通过对差异基因进行基因注释,在众多基因条目中与细胞分化及神经系统发育相关的基因条目是显著上调的。对信号通路注释的结果提示PI3K及MAPK在4因子组和5因子组中均表达上调,在基因互作网络中这两条信号通路的基因处于核心位置,因此可以初步推断此两条信号通路在A375细胞谱系重编过程中发挥关键作用。对4因子组及5因子组细胞差异信号通路分析中,证实以上推断,MAPK在5因子组得到更高的表达,而基因及信号通路共表达网络中也证实在这两条信号通路中促生长因子(insulin-like growth factors-1,IGF-1)显著表达,是谱系重编过程中主调控基因之一。结论:黑色素瘤细胞通过直接谱系重编技术,能够直接转化为类神经元细胞。基于新一代测序技术对谱系重编后细胞转录组分析,IGF-1作为主调控基因在PI3K和MAPK两条信号通路过表达,改变信号通路进程,重塑染色体结构实现黑色素瘤细胞重编程。本课题初步探索了肿瘤细胞谱系重编过程中转导因子与全基因转录组的关系,对阐明肿瘤细胞重编程机制有重要意义,为研究肿瘤细胞重编程普适策略奠定基础。