小鼠胚胎幹細胞(ESC)來源於囊胚時期的內細胞團,因其發育成胚胎所有三胚層細胞的能力而被視為多潛能性細胞,但其幾乎不對胚胎外組織的形成有任何貢獻。而全能性細胞,如一細胞合子(Zygote)及二細胞時期(2-Cell)的單個卵裂球,既能發育形成胚胎組織,又可以發育成胚胎外組織。體外培養的小鼠胚胎幹細胞中,有極小部分(1%-5%)細胞具有擴展的多能性,即這類細胞既可以向胚胎組織分化(嵌合入小鼠組織器官),也具有向胚外組織分化的潛能(嵌合入胎盤)。此類細胞也被稱為
2020年2月6日,同濟大學高紹榮教授課題組聯合美國西奈山醫學院(現哥倫比亞大學歐文醫學中心)王建龍(Jianlong Wang)教授課題組在 Cell Stem Cell 雜誌在線發表了題為
在本項研究中,研究人員構建了Zscan4-GFP;2C::tdTomato雙報告系統來標記2CLC細胞系。通過對2CLC雙陽性(DR+/+)細胞中的核小體全局分佈及基因表達分析,確立了非編碼RNA miR-344在2CLC形成中的正向調節作用。為進一步進行分子機制研究,研究人員利用CRISPR-dCas9系統,構建了MERVL與miR-344分別激活的細胞系,結合測序分析及體內嵌合體實驗,證明了2C的開放染色質使轉錄因子(如Dux)更容易激活miR-344,而miR-344又通過多層級參與激活了MERVL。
首先,miR-344經轉錄後抑制ZMYM2和LSD1,而ZMYM2的去除導致LSD1在MERVL和2C特異性基因上的結合丟失。其次,LSD1可以作為賴氨酸特異性去甲基酶使H3K4me1和H3K4me2發生去甲基化,造成轉錄失活。因此,miR-344對LSD1的轉錄後抑制,導致MERVL和2C特異性基因的激活。第三,Dux還可以直接激活MERVL和相關的2C基因的表達。與DUX過表達一致的是,在早期胚胎髮育中siZmym2的注射可造成部分卵裂球的發育阻滯,此類胚胎的免疫染色顯示ZSCAN4和MERVL在囊胚階段的異常激活。最後,
總結
因此,研究確立了miR-344是2CLC擴展多能性和植入前發育的第一個非編碼正向調控因子,通過DUX→miR-344-|Zmym2/Lsd1-|MERVL通路來調控2CLC的全能性,增加了全能性分子控制及其向多能性轉變研究的豐富性。
美國西奈山醫學院王建龍課題組楊藩博士,黃欣博士,以及同濟大學高紹榮教授課題組博士研究生臧茹歌,為本文的共同第一作者。同濟大學生命科學與技術學院陳嘉瑜副教授也參與該研究。高紹榮教授與王建龍教授為本文的共同通訊作者。
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https://doi.org/10.1016/j.stem.2020.01.004
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