诱导多能和胚胎干细胞中组蛋白翻译后修饰系统分析研究

摘要

细胞核内组蛋白翻译后修饰(Post-translational modifications，PTMs)已成为当前表观遗传学的重要内容，其表达的差异对细胞分化具有重要调控影响，与十几种肿瘤的产生密切联系。然而组蛋白的PTMs种类繁多、丰度差异很大，并随着细胞生理过程动态变化，其鉴定一直对传统生物学方法提出挑战。随着基于质谱技术的蛋白质组学发展，组蛋白PTMs的系统鉴定取得了突破，并迅速成为当前蛋白质组学研究的热点课题。
　　 诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells，iPSC)是由体细胞经过基因改造，产生的具有胚胎干细胞的特点，可以分化为任何特定器官的全能特性干细胞，在临床干细胞治疗、器官移植等领域中具有巨大医学应用前景。因此从2007年报道以来，已成为生物医学最受关注的领域之一。尽管iPSC目前可以获得，然而它的细胞重编程机制仍然不清楚、其与胚胎干细胞(embryonic stem cell，ESC)在分化中的差别，特别是其使用的安全性等问题上都存在疑问，都需要通过分子机制的研究给出解答。目前研究表明：iPSC形成和分化的分子调节机制与染色质的表观遗传调控可能有密切关系，该调控可以通过组蛋白翻译后修饰(PTMs)来调节基因表达，进而调控蛋白的表达和细胞的发育。因此iPSC和ESC在细胞核心组蛋白翻译后修饰的一致性和差异的鉴定，可能为了解iPSC表观遗传特征，以及与ESC的生物学差异提供线索和依据。
　　 本论文工作分为三部分，第一部分以核心组蛋白翻译后修饰为目标，建立了组蛋白PTMs系统分析的策略和方法，联合组蛋白提取、分离、LC/MS/MS鉴定，以及生物信息学分析和质谱解析技术；第二部分表征了小鼠iPSC的PTMs谱，系统分析了iPSC和ESC组蛋白PTMs谱的异同点，并采用非标定量策略，研究了关键PTMs的丰度差异。第三部分，针对组蛋白乙酰化修饰，我们尝试了基于适配体识别，选择性富集组蛋白不同结构形式单体的研究，并优化了制备方法和分离条件，评价了它的性能和特点。