ZEB1调控DNMT1在维持小鼠表皮干细胞干性中的作用及机制研究

DNA methyltransferase 1 (DNMT1) is an important epigenetic modifying enzyme. Our previous research has shown DNMT1 could maintain the stemness of mouse epidermal stem cells, but the regulatory mechanism upstream has not yet been reported. According to the prediction database, transcription factor ZEB1 can combine with the promoter region of DNMT1. We found in our pre-experimet that knockdown the expression of ZEB1 in the mouse stem cells can decrease DNMT1 expression and increase K10 and involucrin expression. We infer that DNMT1 play an important part in maintaining the stemness of mouse epidermal stem cells regulated by binding to ZEB1. In the present study, we will clarify the role of ZEB1 in regulating mouse stem cells stemness by regulating expression of ZEB1. And how ZEB1 affects on stemness of mouse stem cells through binding to DNMT1 will be elaborated thoroughly in the aspects of transcription factor-DNA promoter interaction. Finally, the mechanism will be verified in ZEB1 overexpression or downexpression mice in vivo. Our study aims to explore the roles and mechanism of DNMT1 regulation by ZEB1 in maintaining the stemness of mouse epidermal stem cells, then provide a new direction in the research field and therapeutic field of epidermal stem cells.

DNA甲基化转移酶1(DNMT1)是一个重要的表观遗传学修饰酶，本课题组前期研究显示DNMT1可维持小鼠表皮干细胞干性，但其上游调控机制尚未报道。生物信息学预测转录因子ZEB1可与DNMT1基因启动子结合，我们的预实验亦显示下调小鼠表皮干细胞中的ZEB1基因后，DNMT1表达下降，分化相关基因K10和involucrin出现明显的上调。由此，我们推测：ZEB1可能通过与DNMT1启动子结合，调控干细胞分化相关基因的甲基化水平，影响小鼠表皮干细胞的干性。本研究中，我们将以小鼠表皮干细胞为研究对象，首先利用慢病毒载体技术调节ZEB1的表达量，检测ZEB1对小鼠表皮干细胞干性指标的影响；其次研究ZEB1调控DNMT1对小鼠表皮干细胞干性的作用及可能机制，并进一步确定ZEB1结合DNMT1的区域；最后，利用ZEB1局部过表达或敲除技术在体内验证上述机制，为探索表皮干细胞治疗研究领域提供新的方向。

研究背景：课题的初衷是研究ZEB1通过DNMT1对于小鼠表皮干细胞干性的影响，但由于干细胞分离培养非常困难，因此改用了人皮肤成纤维细胞作为主要研究对象，研究ZEB1与DNMT1之间的关系，以及对人皮肤成纤维细胞光老化过程的影响。目前为止，ZEB1对于皮肤衰老、ZEB1与DNMT1的关系等均无深入的研究，本研究力求初步探索这些科学问题。.研究内容及重要结果：首先，我们研究证明DNMT1对于UVA诱导的皮肤成纤维细胞光老化进程起到一定的保护作用。光老化细胞模型中，ZEB1的表达与DNMT1呈现同样的趋势和作用，ZEB1是通过DNMT1来保护皮肤成纤维细胞的光老化，而UVA是通过ROS来抑制ZEB1的表达。通过生物信息学预测和荧光素酶报告基因的结果，证明ZEB1可直接结合DNMT1的启动子，并促进DNMT1的转录和表达。同时，我们通过光老化细胞的甲基化芯片筛选证明UVA主要可影响P53基因启动子的甲基化水平，可能是ZEB1影响DNMT1的下游靶点。最后，体外试验中，人光老化皮肤中，DNMT1和ZEB1的表达均明显下降，与细胞试验结果一致。.科学意义：整个研究证明UVA诱导人皮肤成纤维细胞ROS的增加，导致转录因子ZEB1的下调，而ZEB1又通过直接结合DNMT1来降低其表达，从而导致P53基因的低甲基化，促进皮肤成纤维细胞的光老化进程，这项重要的研究结果发表在Aging杂志（2018年，IF=5.179）上，对于后续光老化表观遗传学深入的基础研究及抗衰老药物的临床开发提供重要的科学数据。