多梳家族成员NSPc1调控小鼠神经干细胞体外增殖与分化的分子机制

多梳（Polycomb）家族成员在染色质水平抑制靶基因转录而维持细胞记忆，参与了干细胞自我更新与分化的表观遗传调控。神经系统多梳蛋白1（NSPc1）与著名的多梳家族成员/干细胞维持因子Bmi1高度同源，过表达NSPc1能维持小鼠胚胎干细胞在没有LIF因子的环境下增殖。我们发现，NSPc1不仅是很强的表观抑制因子，能促进靶基因（如p21waf1、HOXA7）启动子区组蛋白H2A泛素化，而且改变NSPc1的表达水平影响小鼠畸胎瘤P19细胞及神经干细胞的体外增殖与克隆形成能力。本项目将利用小鼠神经干细胞体外增殖、定向分化以及慢病毒高效稳定基因转染技术，确认不同表达水平的NSPc1在小鼠神经干细胞的体外增殖和定向分化中的具体效用，并对相关过程中NSPc1调控的靶基因进行表达谱、ChIP芯片筛查与鉴定，确认神经干细胞中NSPc1调控的靶基因网络，初步阐释NSPc1参与神经干细胞表型调控的分子机理。

多梳蛋白家族参与细胞记忆维持、干细胞自我更新与分化的表观遗传调控。小鼠神经系统多梳蛋白1（缩写NSPc1）与小鼠干细胞维持因子Bmi1同源，但相对缺乏研究。本项目利用小鼠原代神经干细胞和小鼠P19畸胎瘤干细胞系的体外培养、定向诱导分化以及慢病毒感染技术，研究了小鼠NSPc1基因表达水平与神经干细胞增殖、分化的关系。研究发现，敲低NSPc1后小鼠神经干细胞的体外增殖能力显著降低，神经球传代后直径明显变小，其在半固体培养基内形成克隆的能力与NSPc1表达水平正相关；在维甲酸（RA）诱导P19细胞向神经分化过程中，NSPc1的表达水平与Oct4、Sox2、Nanog等干细胞调控关键因子的表达水平变化趋势一致，但NSPc1开始变化的时间点更加靠前。在P19细胞中敲低或过表达NSPc1基因后Oct4，Nanog，Sox2表达随之下降或升高。荧光素酶活性测定进一步证实，NSPc1以剂量依赖的方式调节Oct4-Nanog-Sox2轴的活性。染色质免疫沉淀ChIP实验表明，NSPc1直接调节Oct4的启动子活性。在P19细胞中内源性的Nspc1可直接结合到Oct4的启动子（-1021-784）区域并激活Oct4表达，该激活效应依赖于Oct4启动子区的维甲酸反应元件（RARE）。本课题研究结果表明，表观抑制因子NSPc1在多能干细胞诱导后向神经分化的过程中有一个崭新的正性调控靶基因的作用，它可以通过与维甲酸RA信号通路的交互作用，直接激活Oct4的启动子活性，然后进一步干涉Oct4-Nanog-Sox2反馈轴的整体活性而影响多能干细胞的增殖与分化。