《动物所揭示干细胞维持年轻态的表观遗传机制》

  • 来源专题:生物科技领域知识集成服务
  • 编译者: 陈方
  • 发布时间:2020-04-08
  • DGCR8作为经典miRNA合成通路中的关键蛋白,广泛参与非编码RNA合成、mRNA可变剪接和转录后调控等重要生物学过程,但其在干细胞衰老中的调控作用尚不明确。2019年7月26日,中国科学院动物所曲静研究组和中国科学院生物物理研究所刘光慧研究组合作,在Nature Communications上发表论文,首次报道了miRNA合成通路关键因子DGCR8通过稳固异染色质抑制人间充质干细胞衰老的新型生物学功能,为延缓器官衰老、防治衰老相关疾病提供新型潜在干预靶标。
    在该项研究中,研究人员利用CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术和干细胞定向诱导分化技术,获得DGCR8功能缺陷型人间充质干细胞,并观察到这些细胞出现加速衰老的表型。进一步研究发现,DGCR8可与核膜蛋白Lamin B1以及异染色质蛋白KAP1和HP1形成复合物,共同参与维持异染色质结构的稳定性,从而保持人间充质干细胞的年轻态。此外,在复制性衰老、生理性衰老以及早衰症加速衰老的人间充质干细胞中,DGCR8的表达水平均发生下调,而过表达野生型的DGCR8或miRNA加工活性缺失的DGCR8突变体均可有效延缓人间充质干细胞的衰老。更重要的是,基于DGCR8过表达的基因治疗可有效抑制小鼠关节组织衰老,促进关节软骨再生,缓解损伤性骨关节炎及衰老性骨关节炎的病理表型。
    这是继近期曲静研究组合作揭示干细胞“年轻因子”CBX4和“年轻通路”YAP-FOXD1后骨关节炎基因治疗领域的又一创新性发现。这些研究结果均证明通过基因疗法导入“干细胞去衰老因子”治疗骨关节炎的可行性,具有潜在的临床应用价值。

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  • 《广州健康院在干细胞扩展潜能表观遗传调控机制方面取得新进展》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2022-04-19
    • 干细胞全能性对理解哺乳动物早期胚胎发育及再生医学应用至关重要。然而,传统胚胎干细胞(Embryonic stem cells,简称为ES细胞)向胚外组织发育的潜能有限,不具备全能性,在模拟早期胚胎发育及再生医学应用等方面具有局限性。北京大学邓宏魁教授团队和香港大学刘澎涛教授团队于2017年报道了通过小分子化合物将传统ES细胞诱导成为兼具胚内及胚外发育潜能的类全能性干细胞,并将其命名为扩展潜能干细胞(Extended pluripotent stem cells 或Expanded potential stem cells,简称为EPS细胞)。EPS细胞为组织再生提供了重要的种子细胞,具有重要的应用价值。然而,调控EPS细胞扩展潜能性的分子机制仍不清楚。   北京时间4月16日,中国科学院广州生物医药与健康研究院姚红杰研究员课题组在《核酸研究》(Nucleic acids research)上以“突破性研究论文”(Breakthrough Article)形式在线发表了题为YY1 safeguard multidimensional epigenetic landscape associated with extended pluripotency的研究论文。该研究揭示了阴阳因子YY1调控干细胞扩展潜能性的表观遗传新机制。   研究人员绘制了ES细胞和EPS细胞的染色质开放图谱,发现YY1显著富集在EPS细胞染色质特异开放区域,暗示其对EPS细胞具有潜在的调控作用。研究人员发现YY1可以通过介导(Enhancer)与启动子(Promoter)的相互作用维持EPS细胞特异基因的表达,包括Dnmt3l及Epas1等与胎盘发育相关基因。研究人员进一步揭示敲降Yy1使DNA甲基化相关因子DNMT3A,DNMT3B及DNMT3L的表达下调,进而导致EPS细胞的全基因组甲基化水平显著降低。随后,研究人员发现DNA甲基化水平的减弱促进了DNA敏感结合蛋白CCCTC结合因子(简称CTCF)在这些区域的结合,并使CTCF在组蛋白H3K4me3去甲基化酶5C(Kdm5c)和组蛋白去乙酰酶6(Hdac6)基因上介导的EP相互作用增强,促进Kdm5c和Hdac6的表达,并导致EPS细胞特异基因启动子区域H3K4me3和H3K27ac的富集水平显著减弱。同时,研究人员发现敲降Yy1导致EPS细胞的基因表达模式接近于ES细胞,而过表达Yy1使部分EPS特异基因在ES细胞中表达。为了探究YY1是否可以调控EPS细胞的胚外发育潜能,研究人员进一步利用体外胚外细胞分化系统结合单细胞转录组测序技术,发现敲降Yy1使EPS细胞向胚外内胚层(Extra-embryonic endoderm,XEN)样细胞的衍生能力减弱,揭示YY1是EPS细胞维持胚外发育潜能所必需的因子。   该研究揭示了YY1在调节表观遗传crosstalk中发挥着极其重要的作用,并阐明YY1通过调控DNA甲基化和组蛋白修饰的二维层面和染色质高级结构的三维层面,进而调控EPS细胞的特性和分化潜能。   姚红杰研究员课题组的董晓涛博士及博士研究生郭蓉为该文章的并列第一作者。姚红杰研究员为该文章的通讯作者。该研究得到了北京大学邓宏魁教授和徐君研究员的大力帮助。该研究成果得到了国家重点研发计划、国家相关人才计划、国家自然科学基金联合基金重点项目和中国科学院战略性先导科技专项等项目的资助。
  • 《遗传发育所揭示决定种子活力的表观遗传调控机制》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:姜丽华
    • 发布时间:2023-02-13
    •   种子的出现,使高等植物能够在多样的自然环境中得以广泛生存和分布。产生高活力的种子从而在环境条件合适时迅速萌发并发育产生健壮的幼苗是高等植物繁衍的关键,也是农业生产中种子品质的重要指标。然而,在种子形成时,其萌发和胚后发育的能力如何产生,尚不清楚。        近日,中国科学院遗传与发育生物学研究所姜丹华研究组在《自然-通讯》(Nature Communications)上,发表了题为Histone H3.3 deposition in seed is essential for the post-embryonic developmental competence in Arabidopsis的研究论文。该研究发现了一个组蛋白H3的变体H3.3在染色质上的装配是种子获得萌发和胚后发育能力的关键,并分析了H3.3在其中可能发挥的调控机制,为进一步阐释种子活力的形成机制奠定了基础。        对H3.3完全敲除的拟南芥突变体的研究发现,该突变体能够正常产生成熟的种子,且形态和种子储藏蛋白等指标均与野生型一致。然而,h3.3突变体种子无法正常萌发,抑或是少数萌发的种子也在萌发后立即停止发育。研究分析H3.3在种子染色质上的分布发现,其在成熟种子中具有特异的基因5’端/启动子区和基因3’端均富集的分布模式,而在营养组织如幼苗中H3.3仅在基因3’端富集。H3.3对于成熟种子中染色质开放性的形成颇为重要,促进基因5’端/启动子区的开放,从而使种子在萌发时感知环境以及胚后发育的基因能够正常表达。此外,H3.3在基因3’端抑制染色质的开放性和基因上的异常转录 (cryptic transcription)。   该研究揭示了植物通过组蛋白变体H3.3在种子中的特异装配,从而“打开”染色质为其萌发和胚后发育做了准备机制。因而在一定程度上H3.3具有类似先锋因子在细胞命运调节中的作用。作为一种替代(replacement)组蛋白,H3.3在较多植物细胞的分化时均发生明显富集。因此,H3.3可能是植物细胞命运决定的关键因子,对其作用机制的进一步研究将有助于探索植物再生等重要科学问题。        研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金和国家重点研发计划等的支持。