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[目的] 通过使用Jagged-1组蛋白活化Notch信号通路及DAPT(γ-分泌酶抑制剂)抑制Notch信号通路,研究不同条件下该通路对小鼠胚胎干细胞分化为造血干/祖细胞中的影响,进而探讨Notch信号通路在小鼠胚胎干细胞分化中的作用。 [方法] 1.原代体外培养小鼠胚胎成纤维细胞(MEF),作为胚体干细胞的饲养层 无菌超净台内取出孕12.5d胚胎,去除头尾、四肢及内脏,将躯干组织剪碎,消化法获得细胞悬液,铺皿后体外培养,隔天换液,2-3d消化法传代培养。 取第二到第四代细胞经丝裂霉素C处理作为饲养层。 2.小鼠胚胎干细胞体外增殖 复苏购买的小鼠胚胎干细胞在经丝裂霉素C处理好的饲养层上,加含LIF的ESCs培养基,每天或隔天换液,3-4d消化传代培养。 3.小鼠胚胎干细胞体外诱导分化 3.1拟胚体形成 将诱导生长的拟胚体经胰酶-EDTA消化后,吹打制成单细胞悬液,差时贴壁法分离去除饲养层细胞,在无饲养层无LIF条件下培养4d,可形成球形拟胚体。 3.2按计划分5组加药处理培养10天。 ①EB组,②Control组,③Jagged-1组,④DAPT组,⑤Jagged-1-DAPT组。 其中EB组即为拟胚体细胞冻存10天后复苏组;Control组为无饲养层无LIF培养基条件下培养拟胚体细胞,处于自然分化状态;其余各组为加入活化剂或(和)抑制剂并在无饲养层无LIF条件下培养的拟胚体细胞(Jagged-1100ng/ml,DAPT10nmol/ml),加药后培养10天,属于调控分化状态。 4.流式细胞术检测小鼠造血干/祖细胞 收集诱导分化培养10d的细胞,流式细胞术检测小鼠胚胎干细胞特异性表型CD31,SSEA1及造血干/祖细胞特异性表型CD117,CD34,Sca1。 5.RT-PCR检测相关基因表达 抽提上述诱导10d各组细胞的总RNA,RT-PCR法检测Notch信号通路基因Notch1,Notch2,Notch4,Hes1;小鼠胚胎干细胞表型基因SSEA1,Oct4;及造血干/祖细胞表型基因Sca1,H2k,c-kit。 6.Western-Blot检测Nocth1蛋白表达 提取上述诱导10d的各组细胞的总蛋白,采用Western-Blot检测Nocth1的表达量。 [结果] 1.加入Jagged-1组蛋白和(或)DAPT改变了Notch信号通路基因及蛋白的表达量。 1.1 Notch信号通路相关基因Notch1,Notch2,Notch4 mRNA表达量变化 Jagged-1组Notch1,Notch2,Notch4 mRNA表达量较Control组明显升高,差异均具有统计学意义(P<0.05); DAPT组及Jagged-1-DAPT组之Notch1、Notch4 mRNA表达量较Control组降低,差异均具有统计学意义(P<0.05),提示Jagged-1组蛋白激活了Notch信号通路,DAPT抑制Notch信号通路。 1.2 Notch通路下游靶基因Hes-1上调 Jagged-1组Hes1表达较Control组及DAPT组、Jagged-1-DAPT组明显增高,差异有统计学意义(P<0.05);但Control组比DAPT组、Jagged-1-DAPT组表达量增高,差异无统计学意义(P>0.05); 1.3 Western Blot检测Notch1蛋白表达量 Jagged-1组与Control组相比Notch1蛋白表达量明显增加,且差异具有统计学意义(P<0.05);但DAPT组、Jagged-1-DAPT组与Control组之间的表达差异不明显,差异无统计学意义(P>0.05)。结合PCR基因检测结果推断,Jagged-1组蛋白激活了Notch信号通路,DAPT抑制Notch信号通路,但分化后的细胞Notch通路作用能力减弱,与DAPT的作用结果相类似。 2.使用DAPT增强了胚胎干细胞向造血干/祖细胞的分化效应,而使用 Jagged-1组蛋白削弱了胚胎干细胞向造血干细胞/祖细胞的分化效应。 2.1流式细胞术鉴定胚胎干细胞及造血干/祖细胞 (1) DAPT组及Jagged-1-DAPT组分化的造血干/祖细胞数较EB组、Control组及Jagged-1组明显增多,差异均具有统计学意义(P<0.05),而DAPT组与Jagged-1-DAPT组比较差异无统计学意义(P>0.05),提示阻断该通路能ESCs向造血干/祖细胞分化; (2) Jagged-1组细胞胚胎干细胞数较Control组、DAPT组及Jagged-1-DAPT组明显增多,差异均有统计学意义(P<0.05),而较EB组的干细胞稍减少,但差异均无统计学意义(P>0.05),DAPT组与Jagged-1-DAPT组之间小鼠胚胎干细胞数相比较无明显差异,提示激活Notch信号通路能抑制干细胞的分化。 2.2 RT-PCR检测相关基因 (1)检测干细胞相关表型基因SSEA1,Oct4,c-Kit,H-2k和Sca1表达量变化如下: ①与ESCs组相比,除Jagged-1组SSEA1及Oct4mRNA表达量外无明显降低,其余各实验组的SSEA1(P<0.01)及Oct4(P<0.05)mRNA表达量明显降低,提示存在ESCs分化,而Jagged-1组蛋白通过激活Notch通路抑制ESCs的分化; ②检测造血干/祖细胞基因特异性基因c-Kit, H-2k,各实验组均可测出,表明各实验组均存在已分化的造血干/祖细胞。DAPT组及Jagged-1-DAPT组表达量较其余各组明显增多,差异均具有统计学意义(P<0.05);而Sca1表达量较Control组稍低,但差异不具有统计学意义(P>0.05); Jagged-1组较EB组表达量差异不明显,不具统计学意义(P>0.05),表明DAPT促进小鼠造血干/祖细胞表型基因c-Kit,H-2k,Sca1的表达,而Jagged-1组蛋白抑制基因的表达,进而推断Notch通路抑制胚胎干细胞分化向造血干细胞/祖细胞分化。 (2) Notch信号通路相关基因Notch1,Notch2,Notch4表达量变化下: ①与ESCs组细胞相比,Jagged-1-DAPT组、DAPT组及Control组的Notch1,2,4的mRNA的表达量均有降低,考虑为胚胎干细胞分化后Notch1,2,4基因可能受到抑制;DAPT组及Jagged-1-DAPT组之Notch1、Notch4表达量较Control组降低,差异均具有统计学意义(P<0.05),表明添加通路阻断剂DAPT促进胚胎干细胞分化; ②而Jagged-1组虽Notch1,Notch2,Notch43个受体表达量均有下降,但与ESCs组相比较差异不具有统计学意义(P>0.05),提示激活Notch通路能抑制胚胎干细胞分化,进而推断Notch通路抑制胚胎干细胞分化。 2.3 Western Blot检测Notch1蛋白表达量 免疫印迹实验检测到除Jagged-1组外,各实验组细胞Notch1蛋白表达量均较胚胎干细胞明显减少,差异具有统计学意义(P<0.05);Jagged-1组与胚胎干细胞相比虽有所下降,但差异不具有统计学意义(P>0.05);说明分化后Notch通路中Notch1蛋白表达量降低,同时Jagged-1组蛋白激活Notch通路,维持Notch1蛋白较高表达量,进而推断激活Notch通路能抑制干细胞的分化。 [结论] 1.Jagged-1组蛋白可通过活化Notch信号通路抑制胚胎干细胞向造血干/祖细胞的分化;DAPT可通过抑制Notch信号通路促进胚胎干细胞向造血干/祖细胞的分化;进而推断Notch信号通路在调控ESCs分化为造血干/祖细胞中起重要作用。