MARVELD1调节组蛋白H4k20me1影响小鼠内胚层细胞迁移及上皮细胞分化的分子机制

Epigenetic regulation in endothelial cell differentiation and development has become a research hotspot of development, tumorigenesis and stem cell. However, the detailed mechanism remains obscure due to its complexity. Our preliminary work demonstrated that MARVELD1 interacts with H4K20me1, and revealed that MARVELD1 expression was up-regulated during endodermal differentiation. Moreover, MARVELD1 knockout led to abnormal cell migration and proliferation. Accordingly, here we attempt to clarify the molecular mechanism between MARVELD1，H4K20me1 and ITGB1-ITGB4 patterns during early endoderm development by using immunochemistry, immunofluorescence, in situ hybridization, Co-IP, gene expression profiles analysis and Chip-seq, based on MARVELD1 conditional knockout mice as in vivo model and ES differentiation in vitro. Additionally, the endodermal differentiation regulated pathway mediated by interaction between MARVELD1 and H4K20me1 will be depicted. This project will provide new insights for understanding the histone epigenetic modification in endodermal development.

内胚层细胞分化发育的表观遗传调控是发育、肿瘤发生及干细胞研究的热点问题，但因机制复杂，诸多问题尚待阐明。本项目将在已获得的MARVELD1与H4K20me1相互作用，以及MARVELD1随内胚层细胞分化表达增强而其敲除后细胞迁移紊乱、增殖异常等前期研究基础上，以内胚层细胞迁移与消化管上皮成熟分化为切入点，利用已建立的MARVELD1敲除鼠模型和ES细胞模拟体系，采用免疫组化与免疫荧光、原位杂交、Co-IP、表达谱分析和ChIP-seq等技术，研究MARVELD1与H4K20me1互作调控内胚层细胞迁移与分化的分子基础，揭示MARVELD1调节H4K20me1表观修饰影响内胚层发育中ITGB1和ITGB4表达平衡、以及与上皮间质转化的作用，建立基于MARVELD1—H4K20me1互作的内胚层细胞分化发育的调控通路，为认识表观调控与内胚层细胞分化发育和功能关系提供新的证据。

本项目根据课题研究计划，为阐释MARVELD1影响内胚层上皮组织及细胞分化发育的表观遗传学机制，重点完成以下工作：.① 通过分析MARVELD1、H4K20单甲基化酶Pr-set7 、ITGB1和ITGB4在全胚和胚胎内胚层组织细胞中的表达特征，探讨了MARVELD1与H4K20me1在胚胎发育不同时间点的协同规律，以及与ITGB1和ITGB4表达变化的相关性。②利用MARVELD1+/+和MARVELD1-/-的MEF细胞、小鼠乳腺上皮细胞EpH4-Ev和犬肾上皮MDCK等模式细胞，通过开展细胞迁移、上皮间质转化以及iPSCs重编程等工作深入阐释了MARVELD1调控EMT/MET的机制，并通过ChIP-seq研究获得了MARVELD1-H3K27me3-Klf4-MET调控轴。③结合内胚层细胞分化发育的特征，以小鼠肠道上皮组织的成熟发育与细胞分化为重点，研究和解析了MARVELD1表达与ITGB1、ITGB4的表达关系，并基于敲除鼠的神经运动缺陷表型和难产表型，发现了MARVELD1特异性抑制ITGB1的表达影响神经细胞迁移运动能力调控后者的分化成熟，而通过与ITGB4启动子结合可促进ITGB4表达进而调控胚胎滋养层细胞的侵袭能力，发现和揭示了MARVELD1调控ITGB1和ITGB4表达的时空特征。④通过研究MARVELD1对小鼠胚胎期消化管成熟分化和出生后小肠上段细胞分化调控的分子特征，研究了MARVELD1对Wnt、Hippo、TGF-β等重要细胞信号通路的影响，结合野生鼠和敲除鼠细胞和组织的RNA-seq数据分析，揭示了MARVELD1可以调控Hippo、Wnt、PI3K-Akt、多潜能干细胞调控通路、TGF-β等信号通路的crosstalking，而且影响了多种上皮性肿瘤相关基因的表达，从而验证了课题立项时提出的MARVELD1与内胚层来源的肿瘤关系密切，并可能存在于个体发育成熟早期的假设，为进一步的延伸研究提供了思路和研究证据。⑤结合高通量数据分析，建立了MARVELD1—H4K20me1—ITGB1/ITGB4表达平衡—内胚层细胞上皮间质转化—影响内胚层分化发育，以及MARVELD1—(H4K20me1?)—ITGB1/ITGAs、Hippo、Wnt/β-catenin及其交互作用—EMT—小肠细胞干性特征—影响小肠上皮细胞成熟分化的调控通路。