广州生物院解锁人胚胎干细胞命运转化的奥秘

  • 黄博纯 (广州生物院)
  • 创建于 2017-10-24
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  胚胎干细胞具有无限制扩增的能力,而且可以分化为组成人体器官组织所有类型细胞的能力。胚胎干细胞具有这种多能性,因此可以获得可移植的细胞来源,具有广阔的临床应用前景。为了能够更好地将胚胎干细胞应用到临床研究,对胚胎干细胞的维持和分化调控需要有更深入的了解。

  9月22日,中国科学院大学博士生导师、中国科学院广州生物医药与健康研究院潘光锦及其课题组的最新研究成果,以PRC2 specifies ectoderm lineages and maintains pluripotency in primed but not naive ESCs为题发表在Nature Communications(《自然-通讯》)上,研究发现PRC2复合物决定人胚胎干细胞是否能向整个外胚层谱系分化,并在维持naive(幼稚态)和primed(始发态)两种状态的胚胎干细胞多能性中发挥不同作用。本论文的第一作者为中国科学院大学2014级博士生单永礼,通讯作者为中国科学院大学博士生导师潘光锦。

  组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化(H3K27me3)是一类非常重要的组蛋白修饰,通过抑制基因表达,在X染色体失活,胚胎发育和疾病的发生均发挥作用。H3K27me3的形成是由多梳蛋白抑制复合物2(PRC2)介导的。PRC2的核心组分是EED、SUZ12、EZH1和EZH2,其中EZH1和EZH2具有H3K27甲基转移酶的功能。PRC2和它修饰的H3K27me3已被证明在小鼠胚胎发育过程中发挥关键作用,但它们在细胞命运转变过程的作用机制,尤其是介导人胚胎干细胞多能性与分化过程中的作用尚不清楚。

  潘光锦课题组通过CRISPR/Cas9介导的编辑技术,在人胚胎干细胞中分别敲除PRC2的核心组分,发现敲除PRC2的不同组分,人胚胎干细胞的形态不一致。完全缺失PRC2(SUZ12或EED或EZH1/EZH2)将导致人胚胎干细胞退出多能性状态,发生倾向于产生中内胚层的逐渐自发分化;缺失EZH1或EZH2的人胚胎干细胞保持未分化状态,但不能有效地产生神经外胚层。这说明PRC2维持人胚胎干细胞多能性是必需的,并特化神经外胚层的产生。

  课题组通过构建可诱导性敲除PRC2的人胚胎干细胞,确认BMPs蛋白激活是PRC2缺失引起人胚胎干细胞自发分化的原因。课题组进一步展示缺失PRC2的小鼠胚胎干细胞可以维持自我更新状态,但转变成始发状态的小鼠上胚层干细胞发生自发分化;将人胚胎干细胞转变成幼稚态时,发现缺失PRC2可以维持其多能性状态。以上结果揭示PRC2在细胞命运决定过程中谱系特化和不同多能性状态的特异性作用,对人胚胎干细胞是否能向整个外胚层谱系分化起决定作用,并在维持naive(幼稚态)和primed(始发态)两种状态的胚胎干细胞多能性发挥不同作用。

  研究工作得到了中科院、国家自然科学基金委、广东省及广州市科技项的资助。

  论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-017-00668-4

 PRC2在细胞命运决定过程中谱系特化和不同多能性状态的特异性作用