诱导肝向转分化过程中表观遗传修饰抹除与重建的分子机制

Reprogramming induced by ectopic expression of transcription factors, such as dedifferentiation and transdifferentiation, is a process of epigenetic remodeling, including the binding of transcription factors, chromatin remodeling, epigenetic modification and tissue-specific gene expression. Epigenetic priming events early in the process may be critical for cell identity reprogramming. Chromatin regulators and histone modifiers are important controllers of reprogramming. Dissecting the early epigenetic remodeling will not only lead to understanding of cell plasticity, but also will help to improve reprogramming efficiency. In this project, we would like to characterize the chromatin remodeling and epigenetic modification during early stage of hepatic lineage conversion and to identify the key epigenetic modulators. Our findings will bring new ideas to cellular reprogramming.

转录因子诱导体细胞重编程去分化和转分化是一个表观遗传修饰重建的过程。转录因子结合到特异基因位点，引起染色体重塑和表观遗传修饰的改变进而诱导组织特异基因表达。细胞谱系转换早期染色体结构的改变及表观遗传记忆的关闭和重建是整个过程的关键步骤，决定着基因表达谱的变化进而影响细胞属性转换的结果。染色体结构调控蛋白和组蛋白修饰酶对转录因子诱导表观遗传记忆的改变是至关重要的，因此深入了解早期表观遗传记忆的抹除及重建的分子机制，对理解细胞可塑性、提高重遍程效率是极为关键的。本项目将以成纤维细胞向肝实质细胞转分化为研究体系，在早期不同时间点解析转录因子诱导的染色体重塑、表观遗传修饰的改变以及基因表达谱的改变，鉴定关键的表观遗传调控蛋白。本项目将有助于深入理解转录因子诱导细胞重编程的分子机制，为高效完成细胞属性转换提供理论支持。

终末分化的细胞能够发生细胞属性的转变体现了细胞可塑性，也为再生医学提供了新的细胞来源。因此，深入了解早期表观遗传记忆的抹除及重建的分子机制，对理解细胞可塑性、提高重遍程效率是极为关键的。细胞属性转变是一个表观遗传重塑、基因表达变化的过程。其中转录因子在染色质层面上的调控是细胞身份得以改变的根本原因。解析清楚转录因子对染色质的调控是理解细胞身份转变的关键因素。前期的研究揭示了转录因子对终末细胞身份的建立的贡献，对于终末细胞相关的转录因子为何能抹除起始细胞身份的理解知之甚少。我们利用三个肝细胞相关的转录因子Foxa3，Gata4，Hnf1a诱导小鼠尾尖成纤维细胞转分化为类肝细胞的实验系统，解析了转分化过程中染色质修饰和转录因子结合的动态特征。我们发现转分化过程中增强子上出现了较为剧烈的染色质修饰改变。在成纤维细伴随着成纤维基因表达的下调，他们的增强子活性下降；而肝基因的表达则伴随着其增强子区域的活化。转录因子在在成纤维细胞基因增强子区域在早期短暂地结合，在肝细胞基因的增强子区域则持续结合。转录因子在成纤维细胞基因增强子区域的短暂结合主要集中于CTCF和SMC1共同结合的位点，预示着转录因子通过直接调控染色质相互作用的空间结构来介导成纤维细胞基因的沉默。这些一工作系统性的分析了转分化过程中表观动态特征，发现让我们对细胞身份转变中转录因子调控起始细胞基因的沉默有了更深一步的理解，对先锋转录因子对染色质结构的调控作用有了新的认识。