DNA甲基化修饰在人原态胚胎干细胞建立过程中的作用机理研究

Embryonic stem cells can be divided into naïve and primed state based on their pluripotency. The naïve human embryonic stem cells were successfully derived in 2013 for the first time, however, the mechanism of the transition between the two states is still unclear. Our earlier research showed that TET1, TET2 and DNMT3L were up regulated during the transition from primed to naïve state, indicating a fundamental epigenetic difference between naïve and primed hESCs. In this project, we are going to use the conversion model from primed to naïve state to investigate the function of TET1, TET2 and DNMT3L. With the help of the gene knockout technique and the high-throughput sequencing, such as me/hmeDIP-seq and RNA-seq, the downstream gene could be found and validated. This project will uncover the roles of DNA methylation in the naïve state formation, and provide a deep insight into understanding the pluripotent state transition of embryonic stem cells.

胚胎干细胞根据多能性的差异分为原态（naïve）和定态（primed）两种状态，2013年首次获得原态状态的人胚胎干细胞，但是其多能性转换过程的机理目前尚不明确。我们前期研究发现人胚胎干细胞在定态到原态的诱导过程中，与DNA甲基化修饰密切相关的TET1、TET2以及DNMT3L显著上调，提示原态人胚胎干细胞的表观遗传修饰模式与定态有较大差异。本项目拟用人胚胎干细胞“定态”到“原态”的转化为细胞模型，借助基因敲除和me/hmeDIP-seq以及RNA-seq高通量测序分析手段，研究TET1、TET2以及DNMT3L在原态人胚胎干细胞建立中的作用，发现并且验证其影响的下游基因，揭示DNA甲基化修饰影响人胚胎干细胞多能性转变的分子机制，对于理解胚胎干细胞多能性状态转变具有重要的科学意义。

本项目以人胚胎干细胞primed（定态）向naïve（原态）转变的模型作为研究对象，研究DNA甲基化修饰在此转变过程中的作用和功能。本项目研究发现研究hESC在primed向naïve状态转变后，TET1、TET2以及DNMT3L的表达有显著上调，细胞基因组整体水平的hmC含量上升。为了进一步研究DNA去甲基化以及TET家族在这个过程的的作用和功能，项目研究构建了TET家族基因单敲，TET1/2、TET1/3基因双敲，以及TET1/2/3基因三敲的细胞系；同时构建了原态干细胞报告细胞系。在这些工具细胞的基础上，开展了表观遗传修饰对人胚胎干细胞多能性建立以及退出的研究。研究发现TET1、TET2以及TET1/3敲除对在primed向naïve状态转变影响较小，但是TET1、TET1/2、TET1/2/3敲除影响hESC向定向内胚层的分化。本项目的研究能够完善对DNA甲基化修饰对于哺乳动物多能性建立与退出重要性的认识。本项目同时延续之前表观遗传改变对小鼠体细胞重编程影响的一些研究工作，阐述了重编程过程中的染色质开关状态以及H3K36去甲基化酶KDM2B对细胞命运改变的影响，相关实验数据发表在《Cell Stem Cell》以及《Cell Reports》上。这些研究的研究方法和研究思路，对本项目的继续推进有很好的帮助。