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動(dòng)物神經(jīng)干細(xì)胞增殖和分化中的自噬作用研究

發(fā)布時(shí)間:2014-08-13 17:44
第一章 文獻(xiàn)綜述細(xì)胞的研究進(jìn)展

1.1 神經(jīng)干細(xì)胞的研究進(jìn)展
研究發(fā)現(xiàn),神經(jīng)干細(xì)胞分布在哺乳動(dòng)物大腦的特殊區(qū)域,比如室管膜下區(qū)(The Subventricular Zone, SVZ)、海馬區(qū)( Hippocampus, HP )等等,這些細(xì)胞都具有一致的生物學(xué)特性,就是不斷分裂增殖、多分化潛能的特性,它們在不同的誘導(dǎo)條件下可以分化為神經(jīng)元、星型膠質(zhì)細(xì)胞和突觸膠質(zhì)細(xì)胞。隨著神經(jīng)干細(xì)胞研究的深入,研究者發(fā)現(xiàn),內(nèi)源性或外源性神經(jīng)干細(xì)胞可能成為神經(jīng)損傷及神經(jīng)退行性疾病治療的一種嶄新的治療手段。但在許多疾病狀態(tài)下,由于神經(jīng)干細(xì)胞生存微環(huán)境的改變,導(dǎo)致神經(jīng)干細(xì)胞之間的信號(hào)通路發(fā)生改變,這不但影響了神經(jīng)干細(xì)胞分化的可塑性,甚至還可能影響其存活性。

1.2 自噬研究進(jìn)展
通常,在細(xì)胞內(nèi)部錯(cuò)誤折疊蛋白及大量冗余的蛋白質(zhì)主要通過兩種方式進(jìn)行降解:一種是泛素-蛋白酶體系統(tǒng),也就是說細(xì)胞內(nèi)的蛋白通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)大量積聚后引起細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,從而激活泛素蛋白酶體途徑將多余的細(xì)胞通過蛋白酶體途徑消化降解;而另外一種是自噬-溶酶體介導(dǎo)的細(xì)胞自噬(autophagy)途徑。自噬(Autophagy),廣泛存在于真核細(xì)胞中,是一種基本的生命現(xiàn)象;最早是在1962 年由學(xué)者 Ashford 和 Porter 在研究細(xì)胞功能時(shí)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞存在“自己吃自己”的現(xiàn)象后而提出的。通常所指的細(xì)胞自噬是指細(xì)胞內(nèi)部通過自噬途徑降解細(xì)胞內(nèi)的多余的或者錯(cuò)誤折疊的蛋白以及功能受損傷的細(xì)胞器,從而清除細(xì)胞內(nèi)的垃圾并維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定,達(dá)到細(xì)胞穩(wěn)定的過程[43]。
目前,研究者主要利用幾種自噬標(biāo)志性蛋白作為判斷自噬發(fā)生活化的標(biāo)志。LC3及p62蛋白在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)發(fā)生點(diǎn)狀積聚說明自噬的發(fā)生,是判斷自噬活化公認(rèn)的金標(biāo)準(zhǔn)。蛋白酶體降解和自噬是處理蛋白的兩個(gè)主要機(jī)制。與蛋白酶體不同的是,自噬能降解可溶和聚集的蛋白。因此,在自噬過程中,胞漿蛋白-包括細(xì)胞器和其他成分-由雙層膜包裹形成自噬體。這些囊泡的成熟包括他們與溶酶體的融合,導(dǎo)致自噬體內(nèi)容物被溶酶體酶降解。一系列的應(yīng)激信號(hào),如營養(yǎng)剝奪或用不同抗癌劑(包括誘導(dǎo)ER應(yīng)激)刺激自噬過程發(fā)生-這被認(rèn)為是細(xì)胞必要的反應(yīng),參與細(xì)胞內(nèi)一些生理功能。
自噬在細(xì)胞內(nèi)的發(fā)生速率是很低的,因此只有在特定的條件下才被激活。暴露細(xì)胞于自噬觸發(fā)刺激下,啟動(dòng)一系列自噬結(jié)構(gòu)的形成使IM出現(xiàn)并延伸。哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)IM確切的來源還不清楚,盡管已被證實(shí)可能是新合成的脂類或由ER、Golgi或內(nèi)體芽生的小泡?缒さ鞍譇tg8和VMP-1對(duì)于自噬體的形成是必須的,他們在轉(zhuǎn)運(yùn)脂類到IM發(fā)揮重要作用,同時(shí)募集其它蛋白參與自噬的啟動(dòng)。因此,Atg8從順式高爾基轉(zhuǎn)位到自噬起始點(diǎn)似乎是自噬起始階段的關(guān)鍵事件。
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第二章 實(shí)驗(yàn)部分...................................23
2.1 大鼠神經(jīng)干細(xì)胞的分離與培...........23
2.1.1 前言..............................23
2.1.2 材料和方法 ......................................24
2.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ........................34
2.1.4 討論......................................40
2.1.5 小結(jié)....................................42
2.2 自噬對(duì)大鼠神經(jīng)干細(xì)胞增...........................42
2.2.1 前言................................................42
2.2.2 材料和方法 ..........................................44
2.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 .........................................50
2.2.4 討論............................60
2.2.5 小結(jié)..........................................62
第三章 結(jié) 論....................................63
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第二章 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 大鼠神經(jīng)干細(xì)胞的分離與培養(yǎng)
神經(jīng)干細(xì)胞(Neural Stem Cells, NSCs)的研究已成為熱點(diǎn),其研究為治療一些神經(jīng)退行性疾病和神經(jīng)系統(tǒng)損傷性疾病帶來了希望,為中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Central Nervous System, CNS)的重建和神經(jīng)再生提供了一條新的途徑。神經(jīng)干細(xì)胞研究之所以能成為研究熱點(diǎn)之一,源于其重要的發(fā)育機(jī)制和潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值。
雖然神經(jīng)干細(xì)胞的來源有所不同,但是目前關(guān)于神經(jīng)干細(xì)胞的分離、培養(yǎng)的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟,不同實(shí)驗(yàn)室雖然培養(yǎng)方法略有不同,但是整體上沒有太大分別。目前,一般的實(shí)驗(yàn)室利用懸浮培養(yǎng)法在無血清的培養(yǎng)基中分離培養(yǎng)神經(jīng)干細(xì)胞,由于非神經(jīng)干細(xì)胞在這種缺少血清的培養(yǎng)系統(tǒng)中缺乏營養(yǎng)而無法存活,最終只有能夠適應(yīng)無血清培養(yǎng)基的神經(jīng)干細(xì)胞能夠存活,并且在生長因子的作用下,這些神經(jīng)干細(xì)胞可以進(jìn)行生長增殖。在這種條件下培養(yǎng),神經(jīng)干細(xì)胞逐漸形成聚集生長在一起的神經(jīng)球,經(jīng)過標(biāo)志性蛋白染色及 Western Blot 結(jié)果顯示,神經(jīng)球中的多數(shù)細(xì)胞具備神經(jīng)干細(xì)胞特征。利用胰酶消化、破碎,將成團(tuán)生長的神經(jīng)球打碎,就可以獲得分散的神經(jīng)干細(xì)胞。目前,實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)神經(jīng)干細(xì)胞一般采用的培養(yǎng)基是無血清的 N2B27,同時(shí)在培養(yǎng)基中添加堿性成纖維細(xì)胞生長因子(bFGF)和表皮生長因子(mEGF)。

2.2 自噬對(duì)大鼠神經(jīng)干細(xì)胞增殖和分化中的影響
自噬(Autophagy),是一種基本的生命現(xiàn)象;自噬最早是在 1962 年由學(xué)者 Ashford 和 Porter 在研究細(xì)胞功能時(shí)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞存在“自己吃自己”的現(xiàn)象后而提出的。通常所指的細(xì)胞自噬是指細(xì)胞內(nèi)部通過自噬途徑降解細(xì)胞內(nèi)的多余的或者錯(cuò)誤折疊的蛋白以及功能受損傷的細(xì)胞器,從而清除細(xì)胞內(nèi)的垃圾,維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定,達(dá)到細(xì)胞穩(wěn)定的過程[82]。自噬就是指細(xì)胞通過某種方式消化降解自身細(xì)胞中的部分蛋白或者細(xì)胞器,以適應(yīng)惡劣的環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn),在饑餓條件下,自噬可以消化降解細(xì)胞內(nèi)多余的或者錯(cuò)誤折疊的蛋白以及功能受損傷的細(xì)胞器,而降解產(chǎn)物再被細(xì)胞重新利用,達(dá)到維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的作用。自噬在細(xì)胞發(fā)育、組織重塑、細(xì)胞免疫、適應(yīng)環(huán)境等方面發(fā)揮著十分重要的作用。
自噬程序活化的最終結(jié)果,主要依賴于細(xì)胞成分和應(yīng)激信號(hào)誘導(dǎo)的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。因此,除了其在細(xì)胞穩(wěn)態(tài)上的作用外,自噬可以是一種細(xì)胞程序性死亡方式或發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用,例如在營養(yǎng)缺乏條件下。并且,自噬在癌癥中發(fā)揮雙重作用。一方面,在腫瘤發(fā)生的早期起始階段,這一細(xì)胞過程可以幫助細(xì)胞克服由缺氧和缺營養(yǎng)引起的應(yīng)激;另一方面,自噬可以發(fā)揮腫瘤抑制作用,通過提供最少的 ATP 用于 DNA 修復(fù),避免氧化應(yīng)激和腫瘤內(nèi)壞死及局部炎癥。并且,不同抗癌治療激活了腫瘤細(xì)胞的自噬,這既可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞死亡,或者成為化療耐受的機(jī)制。在神經(jīng)系統(tǒng)中,自噬具有重要的生理功能:如應(yīng)對(duì)代謝應(yīng)激,如生長因子損耗,營養(yǎng)匱乏等;作為細(xì)胞管家清除有缺陷蛋白或細(xì)胞器,阻止異常蛋白聚集體沉淀;而且越來越多的證據(jù)表明,自噬在神經(jīng)損傷及神經(jīng)退行性疾病中均扮演著重要的角色[45, 46]。而內(nèi)源性或外源性神經(jīng)干細(xì)胞在這種環(huán)境中是否也發(fā)生自噬,自噬是否影響神經(jīng)干細(xì)胞的增殖與分化目前還沒有確切的報(bào)道。
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第三章 結(jié) 論
本研究利用胎鼠大腦皮質(zhì)細(xì)胞懸浮培養(yǎng)成功獲得大鼠神經(jīng)干細(xì)胞,在 EGF、bFGF 缺失的情況下,神經(jīng)球的生長緩慢,但仍具備神經(jīng)干細(xì)胞的特性,與對(duì)照組相比,神經(jīng)干細(xì)胞突起明顯增長,提示神經(jīng)干細(xì)胞向神經(jīng)細(xì)胞分化。進(jìn)一步的觀察發(fā)現(xiàn),在神經(jīng)干細(xì)胞培養(yǎng)體系中短期撤除 EGF/bFGF 會(huì)激活自噬起始基因Beclin1 的表達(dá),同時(shí)促進(jìn)促凋亡相關(guān)蛋白 Bax 的表達(dá),抑制抑凋亡蛋白 Bcl-2的表達(dá),促進(jìn)細(xì)胞凋亡發(fā)生,影響神經(jīng)干細(xì)胞的增殖和分化,而抑凋亡蛋白 Bcl-2的表達(dá)降低,進(jìn)一步激活了 Beclin1 的活化,誘導(dǎo)自噬的發(fā)生,而自噬又影響了干細(xì)胞的增殖和分化。本研究表明細(xì)胞自噬可能參與大鼠神經(jīng)干細(xì)胞的增殖與分化,為進(jìn)一步研究中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病機(jī)制和治療手段提供新的線索。
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號(hào):8310

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