新型干细胞始发态

中国科学院广州生物医学与健康研究所的研究人员裴端庆研究组和刘晶研究组通过筛选生长因子和化合物,建立了一套新的高效技术体系,将未整合小鼠干细胞的初始状态转化为原始状态(PNT)。结合高通量测序技术,如核糖核酸序列和ATAC序列,他们发现了调节PNT过程的新因素,并阐述了调节PNT过程的新机制。相关的研究发表在5月11日的《自然-细胞生物学》网络版上。

细胞重编程和命运转换是由精确而复杂的信号和表观遗传调控决定的。揭示其分子机制和建立其作用方式是细胞生物学领域亟待解决的核心问题。小鼠胚胎多能干细胞以两种不同的状态存在,即原始干细胞和原始干细胞。将干细胞从初始状态重新编程到PNT代表了胚胎发育阶段的反向时间逆转。有必要克服重要的表观遗传障碍,并为揭示胚胎植入前后发育的表观遗传机制提供重要的研究模型。在PNT的国际研究中,病毒载体经常被用来引入转录因子,操作繁琐,转化效率低,不利于其广泛应用。同时,PNT转换过程的机理也需要进一步澄清。

为了解决上述问题,研究人员发现,通过筛选发育相关生长因子,骨形态发生蛋白4具有诱导小鼠从初始状态向初始状态转变的能力。此外,通过化合物库筛选,确定了两种小分子抑制剂EPZ 6438(EZ2抑制剂)和EPZ5676(DOT1L抑制剂),可显著提高PNT的转化效率。基于上述发现,研究人员最终在8天内建立了效率为80%的小鼠PNT诱导系统。在这个系统中,骨形态发生蛋白信号的去除将导致PNT跃迁的完全阻断,因此PNT系统被命名为BiPNT。

通过系统转录组测序(RNA-seq)和染色质转座酶可及性测序(ATAC-seq),结合生物信息学分析,研究人员描述了BiPNT转化过程中染色质可及性的动态变化规律,发现BMP信号一方面抑制了分化相关位点的开放,另一方面促进了原始多能基因位点的开放,从而介导了PNT转化过程。通过进一步分析,研究人员确定ZBTB7家族转录因子为骨形态发生蛋白4的一个新的下游靶点,其中ZTB7A/B通过调节染色质重塑影响PNT过程。通过染色质免疫共沉淀,研究人员最终证明Zbtb7a直接结合并激活原始多能基因如Esrrb、Klf2、Nr5a2的表达来调节PNT的转化过程。

本研究为小鼠多能干细胞从原始状态向原始状态的转化建立了高效的技术平台,从染色质可及性的角度揭示了PNT转化的分子机制,并为BMP信号发现了新的调控靶点。该研究极大地拓展了多能干细胞PNT转化的技术体系,丰富了细胞命运转化的理论模型,为细胞外信号调控细胞命运转化的机制研究提供了新的范式,对了解胚胎植入前后发育的关键事件以及人类原始多能干细胞的获取具有重要的参考意义。

相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41556-020-0516-x

标题:新型干细胞始发态

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