ECAT1基因在人胚胎干细胞及早期胚胎遗传物质稳定性维持中的功能及机制研究

Early embryos are designated to develop into all cell types in the body. Embryonic stem cells (ESCs) have promising implication in cell-based therapy. Investigating the molecular basis governing the genomic integrity of ESCs is critical to address the tumorigenic challenges and to understand development related diseases. We previously identified Filia as a guardian of genome stability in mouse embryonic stem cells (mESCs). Filia is a regulator of DNA damage response. mESCs without Filia have robust genomic instability and undergo malignant transformation. ECAT1, the human homolog of mouse Filia, encode a protein sharing 36% identity of amino acid sequence with Filia. There are many different domains between Filia and ECAT1. This study is aimed to understand the roles of ECAT1 in human ESCs and to examine the functional abnormalities of various ECAT1 mutants identified in female patients with primary infertility.

早期胚胎是机体发育的基石，胚胎干细胞（ESC）在疾病应用中前景广阔。对人ESC遗传物质稳定维持机制的研究可促进其走向安全应用，也有助于深入认识发育相关的疾病机理。申请人前期发现一个小鼠ESC特异表达的调控遗传物质稳定的多能因子Filia，调节DNA损伤反应的多个环节。缺失导致小鼠ESC遗传物质不稳定，致瘤能力显著增强。Filia在人类中的同源基因是ECAT1。二者的蛋白质序列保守性仅为36%，且结构域差异显著。本项目拟研究ECAT1在人ESC遗传物质稳定性维持中的功能及机制，并利用人ESC研究从原发性不孕症病人中筛选到的ECAT1突变体对胚胎发育的影响。结果有望为人多能干细胞安全应用和不孕症研究提供理论基础。

复发性妊娠失败是生殖生物学领域的重要研究课题。超过50%的病例属于不明原因的复发性妊娠失败。对这些不明原因的妊娠失败病例的分子机制研究有助于深入认识复发性妊娠失败的发生机制，并提供对应的诊断方法和干预策略。.多能干细胞特异表达基因突变是复发性妊娠失败的潜在关键因素。在本研究中，我们以人胚胎干细胞为模型，研究了早期胚胎和多能干细胞特异表达的基因KHDC3L（又名ECAT1）的功能和作用机制。结果表明，KHDC3L在多能干细胞基因组稳定性维持中发挥关键作用。KHDC3L直接定位于DNA损伤位点。DNA损伤反应的关键激酶ATM使KHDC3L的功能修饰位点Thr145和Thr156发生磷酸化而活化。KHDC3L一方面通过RAD51调控同源重组效率，另一方面调控PARP1修饰酶活性，从而维持基因组稳定。进一步，通过不明原因的复发性妊娠失败病例筛选、基因组序列分析和功能验证，我们鉴定了与妊娠失败密切相关的KHDC3L片段缺失突变形式 (p.E150_V160del 和 p.E150_V172del) 。.该研究揭示了KHDC3L在胚胎发育中的重要功能和作用机制，并建立了KHDC3L突变与复发性妊娠失败的关联。该研究成果有望应用于复发性妊娠失败的诊断。