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廣州健康院發現H3K9甲基化酶SETDB1在多能性-全能性轉換中的作用

發表日期:2020-01-09來源:放大 縮小
  北京時間18日凌晨,中國科學院广州生物医药与健康研究院陈捷凯课题组在Cell系列子刊《Cell Reports》上發表了題爲“SETDB1-mediated Cell Fate Transition Between 2C-like and Pluripotent States”的研究論文。该研究首次发现H3K9甲基化酶SETDB1在全能性重編程中的作用,其敲除可促進多能性向全能性轉換,且Setdb1敲除在2iL ground state 條件下可通過激活程序性壞死通路necroptosis從而引起mES細胞死亡。該研究結果表明Setdb1介導的H3K9甲基化對多能性建立以及胚胎幹細胞存活的重要作用,進一步強調了SETDB1在早期胚胎發育過程中的重要地位。

  H3K9甲基化酶SETDB1的缺失可使小鼠胚胎在E3.5-5.5天致死,且不能從其ICM中分離得到mES細胞。在mESCSETDB1缺失可導致其多能性喪失且可向滋養外胚層方向分化。一般來說,從ICM分離得到的mESC多能性並不具備向滋養外胚層分化的能力,我們的ChIP-seq結果也表明滋養外胚層相關基因並無明顯的SETDB1H3K9me3的富集。那麽,SETDB1缺失導致滋養外胚層基因激活的原因仍需我們進一步回答。 

  陳捷凱組通過對Setdb1敲除mESCRNA-seq結果進行分析發現,Setdb1敲除的mESC大量激活2C以及ZGA時期特異表達基因,表明其可能被重編程至2C-like state,一種具有胚內胚外分化潛能的全能性狀態。之前一些研究表示Setdb1敲降並不能引起2C-like轉換,我們進一步發現Setdb1缺失導致2C-like轉換是劑量依賴的,所以有這種矛盾出現。進一步ChIP-seq以及Dux敲除實驗表明,Setdb1缺失介導的多能性到全能性转换是Dux激活依賴的,在Dux敲除情況下Setdb1缺失並不能激活滋養外胚層基因。這表明mESCSetdb1缺失激活滋養外胚層基因是由于其重編程至2C-like state後的次級反應。另外我們發現ground state抑制Setdb1介導的2C-like转换以及滋养外胚层基因的激活是由于其多能性基因不能被降解, 多能性基因Nanog過表達同樣可抑制2C-like的轉換。 

  程序性壞死necroptosis是一種不同于凋亡和傳統壞死的細胞程序性死亡方式,RIPK1RIPK3的激活是啓動necroptosis的兩個關鍵蛋白。Setdb1缺失mESC多能性不能維持且分化,但在2iL ground state條件下,Setdb1敲除的mESC多能性維持細胞卻依然不能存活。我們進一步研究發現,在2iL條件下Setdb1敲除通過激活RIPK3從而激活necroptosis引發細胞死亡,表明Setdb1對細胞存活也有調控作用。 

  本研究揭示了SETDB1介導的H3K9甲基化主要通過抑制Dux在多能性到全能性轉換中的限制作用,以及其敲除可通過激活RIPK3形成RIPK1/RIPK3坏死小体而引发程序性壞死。该研究开拓了以Setdb1爲中心的表觀遺傳調控在細胞命運轉換的作用,以及爲Setdb1作爲早期胚胎發育缺陷中的潛在治療靶點提供了新思路。 

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