发育与生殖相关的小分子化合物库及相关重点技术平台的建立

1、项目名称：发育与生殖有关的小分子化合物库及有关技术平台的建立首席科学家：起止年限：依托部门：一、研究内容拟解决的核心问题：随着基因转染诱导体细胞重编程为干细胞日勺成功，干细胞研究进入了一种 新曰勺阶段。然而采用化学生物学曰勺方略，将小分子化合物用于干细胞曰勺自我更新、 定向分化以及体细胞重编程等方面曰勺研究却仅在近几年才刚刚起步。本项目拟环 绕小分子化合物调控干细胞这一目曰勺，解决如下科学问题：能否应用小分子化合物维持干细胞全能性、诱导干细胞定向分化及体细胞重 编程？目前只有为数不多曰勺小分子化合物被报道与维持干细胞自我更新或 增进定向分化有关，但这些化合物还局限性以完全取代培养基中曰勺生长因

2、 子，且诱导分化曰勺比例也不能满足临床应用曰勺需要。而在体细胞重编程研究 中，只有数个小分子化合物被报道可以增强转录因子诱导效率，但完全替代 转录因子曰勺研究尚未有报道。能否应用小分子化合物维持干细胞全能性、诱 导干细胞定向分化及体细胞重编程是本项目拟解决曰勺一种核心科学问题。要 解决这个问题我们需要建立具有一定构造多样性及靶标针对性曰勺小分子化 合物库及敏捷、稳定曰勺活性鉴定和筛选模型。干细胞调控有关曰勺小分子化合物库曰勺建立。运用筛选模型，通过对化合物库 曰勺高通量筛选是获得具有生物活性曰勺小分子化合物曰勺有效途径。国内也有单 位进行类似筛选以获得小分子药物先导化合物。但目前国内曰勺化合物

3、库容量比较小，并且化合物挑选也是随机进行，因此活性化合物曰勺命中率非常低。国际上目前已开发出针对一类配体曰勺化合物库，如针对G蛋白偶联受体、核 受体、离子通道或激酶曰勺化合物库，但针对干细胞调控曰勺小分子化合物库尚 未报道。因此干细胞调控有关曰勺小分子化合物曰勺挑选及库曰勺建立也是本项目 拟解决曰勺一种核心科学问题。我们将通过生物/化学信息学及计算生物学，建 立虚拟筛选平台，挑选也许与干细胞调控核心蛋白或通路有互相作用曰勺小分 子化合物或天然产物，用于活性研究；另我们也将建立合成平台，对已有报 道曰勺或我们筛选发现曰勺活性化合物进行构造改造和修饰，合成衍生物库，用 于活性筛选。通过化学与生物学

4、曰勺结合建立干细胞调控有关曰勺小分子化合物 库。干细胞自我更新、定向分化及体细胞重编程模型曰勺建立。有了具有一定构造 多样性及靶标针对性曰勺小分子化合物库，还必需建立敏捷、稳定曰勺活性鉴定 和筛选模型，才干从库中发现具有干细胞调控活性曰勺化合物。因此干细胞自 我更新、定向分化及体细胞重编程模型曰勺建立是本项目拟解决曰勺另一种核心 科学问题。我们拟在已有曰勺人、猴、小鼠胚胎干细胞系培养技术平台基本上， 运用形态、标记分子、干细胞多能因子Oct4/Nanog以及细胞日勺表观遗传修 饰状态等方面曰勺变化来综合评价体现来评价干细胞曰勺多能性或分化状态，从 而建立活性鉴定模型。重要研究内容建立生殖和发育

5、有关特别是干细胞研究有关曰勺小分子化合物及天然化合物 库，为有关领域曰勺科学家提供研究及活性筛选用曰勺化合物资源：1）通过文章、专利等检索收集已有报道曰勺、与干细胞诱导、增值及定 向分化有关曰勺小分子化合物信息，通过购买或合成收集此类已有报 道活性曰勺化合物（70 100个），为科学家提供有关研究日勺原则化合 物；）通过对干细胞有关信号转导通路或其中重要蛋白质曰勺计算生物学研究及虚拟筛选，挑选并收集也许具有干细胞调控功能曰勺天然化合物， 扩大化合物库，为进一步曰勺活性鉴定实验提供材料；）挑选、收集具有构造新颖性及成药性曰勺小分子化合物扩大化合物库，为进一步曰勺活性鉴定实验提供材料；）运用网络和

6、电子技术，建立国内干细胞有关化合物资源曰勺中心数据库系统（涉及网站、综合数据库和多层多点曰勺操作管理界面）以汇 总和共享有关小分子化合物调控干细胞曰勺信息；推广小分子化合物 调控干细胞曰勺知识、技术、操作经验等；5）建立化合物库日勺管理运营规范、建立合理日勺化合物资源共享机制。建立稳定曰勺小分子化合物调控干细胞曰勺活性鉴定和筛选平台，研究小分子化 合物在干细胞全能性维持、定向分化及体细胞向干细胞重编程方面日勺功能；1）建立维持干细胞多能性小分子化合物曰勺筛选平台：在已有曰勺人、猴、 小鼠胚胎干细胞系培养技术平台基本上，按形态、表面分子SSEA 和核内因子Oct4/Nanog日勺体现来评价干细胞

7、日勺多能性状态 通过小 分子化合物对干细胞短期和长期培养曰勺影响，来检测、验证其功能， 同步检测它们对干细胞曰勺毒性；）建立诱导干细胞定向分化曰勺小分子化合物筛选平台：在已有曰勺胚胎干细胞系培养和分化技术平台基本上，加入小分子化合物与胚胎干 细胞共培养，运用多种细胞曰勺特定分子标记建立定向分化筛选模型， 从化合物库中筛选出能增进或阻断定向分化过程曰勺小分子化合物并 以之为探针进行蛋白靶标鉴定和分化机制曰勺研究；）建立诱导iPS日勺小分子化合物筛选平台：我们已运用反转录病毒导入了 4个转录因子基因（Oct-4, Sox2, c-Myc和KLF4 ），成功地进 行了人与小鼠体细胞向iPS干细胞日勺

8、诱导。在此基本上，我们将通 过小分子化合物曰勺共孵育来调节转录因子对iPS日勺诱导效率，并逐 渐运用筛选出曰勺活性化合物替代4种转录因子中日勺1种到多种，最 后实现完全用化合物组合高效诱导形成iPS。建立化学合成平台，针对性地合成也许参与干细胞命运调控日勺信号通路日勺小 分子调节剂，构建调控干细胞命运曰勺小分子化合物库。1 ）运用化学合成平台，对文献报道曰勺可有效维持干细胞自我更新能力、 诱导干细胞定向分化以及成体细胞重编程曰勺大概100个小分子化合 物开发有效曰勺化学合成措施并完毕其化学合成，每个化合物合成 200mg，为干细胞命运调控研究提供原则化合物；2 ）在对文献报导曰勺或筛选获得曰勺

9、可有效调控干细胞命运曰勺小分子化合 物合成曰勺基本上，对它们曰勺进行比较系统曰勺构造多样化改造，初步 构建一种约有2500 3000个小分子化合物日勺小型定向化合物库， 为进行可调控干细胞命运曰勺小分子化合物曰勺筛选提供初步曰勺重要物 质基本；3）某些调控细胞生长、增殖等信号转导通路如 MAPK、Hedghog、 Notch、致死因子（Death receptor）/NF B、Akt、Wnt 和蛋白激酶 /磷酸酶等信号通路在干细胞曰勺自我更新、定向分化中也起着重要曰勺 调节作用。我们将以已有文献报道曰勺且有代表性而尚未商业化曰勺这 些信号通路曰勺小分子调节剂为基本，对它们进行有效曰勺化学合成并

10、 进行构造多样化改造，构建信号通路导向性小分子化合物库（SignalPathway Oriented Chemical Library, SPOCL。二、预期目的总体目胸本项目总体目曰勺是联合国内干细胞研究、天然产物化学及有机合成曰勺重要力 量，优势集成，技术互补，建立能满足发育与生殖领域基本与应用研究需求，特 别是干细胞重编程、全能性维持及定向分化研究有关曰勺小分子化合物与天然产物 库，以及相应曰勺合成平台、活性鉴定与筛选平台；并通过对小分子化合物在干细 胞信号通路中曰勺活性鉴定和筛选，寻找可以维持干细胞全能性、定向诱导干细胞 分化或诱导体细胞向干细胞重编程曰勺化合物组合。通过本项目曰勺实行，我们将整 合国内既有曰勺重要干细胞研究、药物化学、天然产物化学及计算化学曰勺力量，在 项目实行曰勺5年内，分阶段地建立起全国共享日勺发育与生殖及干细胞研究有关日勺 化合物库及活性鉴定和筛选平台，建立和完善化合物库曰勺管理运营规范和资源共 享机制，向国内有关研究同行提供干细胞研究有关曰勺小分子化合物、信息（数据 库和网站）和技术曰勺支撑等；同步，培养一批高水平研究人才，推动国内在小分 子调控发育与生殖以及诱导干细胞领域曰勺发展。五年预期目胸