蛋白精氨酸甲基转移酶PRMT5在维持干细胞多能性功能的机制研究

Protein arginine methyltransferase (PRMT): PRMT5 is a well-known type II PRMT that generates symmetrically dimethylated arginines (SDMA) on protein substrates including Sm-class proteins, histone H2A, H3 and H4. Our previous study and published results suggest that: PRMT5 is essential for murine ESC self-renewal and proliferation cultured in serum+LIF medium and essential for mESC growth and survival in 2i culture. In primed human embryonic stem cells, PRMT5 is critical for cell growth but not gene regulation. These results indicate that PRMT5 has different functional roles in different pluripotent states between mouse and human. This study aims to use Prmt5 knockout human PSC to investigate the role of PRMT5 in different pluripotent states, by testing the functional outcome of losing PRMT5, examining changed levels of modified histones together with changes of gene expression and transposon de-repression. By means of research, we could uncover the crucial role of PRMT5 in human pluripotent stem cells.

二型精氨酸甲基转移酶PRMT5可甲基化SM家族蛋白和组蛋白H4/3/2A，形成对称双甲基化精氨酸。前期研究表明，PRMT5对于血清加LIF因子培养的naïve小鼠胚胎干细胞（mESC）自我更新具有关键性作用，但对于CH与PD抑制因子培养的2i mESC具有调控细胞凋亡和生长的作用。在原始态的人类胚胎干细胞（hESC）中，PRMT5仅调控细胞生长。以上结果说明PRMT5在不同物种、不同多能性状态的干细胞中具有不同的功能。本研究拟在前期研究的基础上，通过对比分析小鼠和人类多能干细胞的表型及作用机制，研究PRMT5在人类多能干细胞的各种多能性状态中的作用。我们将采用Prmt5敲除的人类多能干细胞，通过检测PRMT5缺失细胞的功能学变化， 如甲基化组蛋白的变化，基因表达及转座子抑制的变化等，研究PRMT5在人类多能干细胞中的调控作用。

表观遗传学是指染色体上不改变DNA序列的情况下基因的表达发生了可遗传的变化,研究范围包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色体重塑、非编码RNA调控等。前期研究表明,PRMT5主要通过对称性双甲基化组蛋白H4/H2A N末端的精氨酸残基调节染色体的结构以及靶基因的转录,在细胞中发挥着重要的作用。PRMT5还可以通过甲基化非组蛋白底物调节细胞生长、迁移、发育和高尔基体的装配。不仅如此,我们发现PRMT5自身还可以发生甲基化。PRMT5对于血清加LIF因子培养的naïve小鼠胚胎干细胞（mESC）自我更新具有关键性作用，但对于CH与PD抑制因子培养的2i mESC具有调控细胞凋亡和生长的作用。在原始态的人类胚胎干细胞（hESC）中，PRMT5仅调控细胞生长。以上结果说明PRMT5在不同物种、不同多能性状态的干细胞中具有不同的功能。本研究在已发表2015《EMBO》文章的前期研究基础上，通过对比分析小鼠和人类多能干细胞的表型及作用机制，研究PRMT5在人类多能干细胞的各种多能性状态中的作用。我们采用了Prmt5敲除的人类多能干细胞，通过检测PRMT5缺失细胞的功能学变化， 如甲基化组蛋白的变化，基因表达及转座子抑制的变化等，研究PRMT5在人类多能干细胞中的调控作用。我们研究发现在Prmt-5基因缺失的突变小鼠干细胞中，DNA损伤可诱导胚胎干细胞的多能性，并引发干细胞凋亡。而这一细胞凋亡缘于依赖于转录因子CEP1(肿瘤抑制因子p53的同源物)的凋亡起始因子EGL1的表达上调。该研究进一步发现人和小鼠干细胞的转录协助因子p300也参与了Prmt-5突变体中EGL1的过量表达。进一步的蛋白质互作分析发现PRMT5可与CEP1和CBP1形成复合体，并能够甲基化修饰CBP1。