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Cell Stem Cell:lncRNA对干细胞多能性具有重要调控功能
人阅读 发布时间:2015-01-07 16:30
胚胎干细胞等多能干细胞具有分化为不同细胞的潜能,在未来具有很广泛应用前景。多能干细胞的分化潜能也与其基因组结构有很大关系。12月4日的Cell Stem cell中,苏黎世大学研究者发布了他们关于胚胎干细胞分化过程中核仁对染色质结构调控作用的最新研究成果。 在ESCs分化时,其染色质结构会经历重构过程,形成一个高度凝缩的异染色质转录抑制状 态,导致基因组中出现大规模的沉默。但是,ESCs如何调控染色质结构改变需要进一步研究。之前已确认在mESCs异染色质是在接近核仁及核糖体RNA基 因(rDNA)位置定位,且这种异染色质的形成,与一个来源于基因间区rRNA(long intergenic spacer, IGS-rRNA)的2kb长度lncRNA—pRNA有关。本项研究中,研究者选择mESCs,首先对rDNA进行了表观遗传状态检测,发现rDNA启 动子上CpG甲基化水平很低,不过随着分化进行,有部分rDNA启动子CpG甲基化能达到体细胞水平;ChIP实验发现,在分化过程中,促异染色质形成的 组蛋白修饰及异染色质结合因子PARP1都有增加,但rDNA上游常染色质结合因子UBF减少,这些结果表明在mESC分化时,rDNA区域确实有异染色 质的形成,这个过程伴随着转录激活因子的互作减少及rDNA沉默原件的结合增加。
在mESCs中导入成熟pRNA后,细胞增殖等特征,体内畸胎瘤实验也发现ESCs+pRNA形成畸胎瘤能力显著下降。通过RNA-Seq确 认,有多个细胞发育和分化相关基因表达出现了差异;用siRNA沉默TIP5后,mESCs增殖减少,但Oct4、Nanog和Rex1等基因表达不变, 表现出典型的多能干细胞形态。这些结果说明,TIP5-pRNA所引起的核仁异染色质聚集会影响全能性,表明核仁在mESCs染色质塑性及多能性调控中有 重要作用,且TIP5是mESCs核仁异染色质化和早期分化所必需的。
本项研究,确认了一个对mESCs分化有重要调控作用的lncRNA,强调了核仁染色质及基因组表观遗传对于细胞命运的重要性,表明核仁具有重要的染色质塑性及全能性调节功能,对现今关于胚胎干细胞异染色质调控和功能的认识提出了挑战。
相关文献:Savić N, Bär D, Leone S, et al. lncRNA Maturation to Initiate Heterochromatin Formation in the Nucleolus Is Required for Exit from Pluripotency in ESCs[J]. Cell Stem Cell, 2014, 15(6): 720-734.
TIP5、TTF1、pRNA的EMSA实验结果
ESCs同NPCs(神经前体细胞)中部分蛋白及组蛋白修饰ChIP实验结果
RNA Seq后部分差异基因
由于pRNA、UBF及PARP1都会与(TTF1-interacting protein 5,TIP5)互作,接下来研究者将成熟pRNA导入mESCs中,检测了TIP5定位,rDNA甲基化、转录及rDNA处组蛋白修饰变化。结果发 现,TIP5会随着mESCs的分化在核仁处积累,并会增加rDNA启动子处甲基化及H3K9me2修饰水平;通过EMSA竞争分析实验,发现TIP5会 与pRNA及完整的IGS-rRNA互作,但后续的RNA pull-down分析发现,TIP5只会与成熟pRNA所产生的茎环结构互作,再与一个核仁转录终止因子TTF1结合形成一个大的RNA-蛋白复合物, 在mESCs分化时结合到rDNA启动子区,对rDNA起到沉默作用,完整的IGS-rRNA与TIP5互作后却会阻碍TIP5-TTF1互作及后续的 rDNA启动子定位。这些结果证明,在mESCs分化过程中,IGS-rRNA与成熟pRNA处于竞争关系,通过二者水平变化调控异染色质产生。
在mESCs中导入成熟pRNA后,细胞增殖等特征,体内畸胎瘤实验也发现ESCs+pRNA形成畸胎瘤能力显著下降。通过RNA-Seq确 认,有多个细胞发育和分化相关基因表达出现了差异;用siRNA沉默TIP5后,mESCs增殖减少,但Oct4、Nanog和Rex1等基因表达不变, 表现出典型的多能干细胞形态。这些结果说明,TIP5-pRNA所引起的核仁异染色质聚集会影响全能性,表明核仁在mESCs染色质塑性及多能性调控中有 重要作用,且TIP5是mESCs核仁异染色质化和早期分化所必需的。
本项研究,确认了一个对mESCs分化有重要调控作用的lncRNA,强调了核仁染色质及基因组表观遗传对于细胞命运的重要性,表明核仁具有重要的染色质塑性及全能性调节功能,对现今关于胚胎干细胞异染色质调控和功能的认识提出了挑战。
相关文献:Savić N, Bär D, Leone S, et al. lncRNA Maturation to Initiate Heterochromatin Formation in the Nucleolus Is Required for Exit from Pluripotency in ESCs[J]. Cell Stem Cell, 2014, 15(6): 720-734.