HDAC对iPS过程中关键干性基因正反馈环路重建的调节及机制

关键干性基因Oct4/Sox2/Nanog正反馈环路为干细胞干性维持所必需,但是诱导多能干细胞（iPS）中该正反馈环路重建及调节机制不清楚。我们发现Knockdwown特定组蛋白去乙酰化酶（HDAC）促进iPS产生;分化细胞中去除该HDAC能促进Oct4,Nanog表达;该HDAC调节Oct4和Nanog启动子活性并和OCT4或SOX2形成复合体。这些结果提示该HDAC可能通过阻碍Oct4/Sox2/Nanog正反馈环路重建而抑制iPS。本计划运用ChIP,IP,蛋白芯片和质谱,基因干扰等技术,在iPS等体系中研究该HDAC如何调节Oct4，Sox2和Nanog的表观遗传修饰和基因表达,研究它与OCT4,SOX2,NANOG如何相互作用及其相互作用对Oct4/Sox2/Nanog正反馈环路的调节。研究结果将揭示HDAC阻碍iPS形成及调节正反馈环路重建的机制,为改进iPS诱导方法提供依据。

关键干性基因Oct4/Sox2/Nanog正反馈环路为干细胞干性维持所必需，但是诱导多能干细胞（iPS）中该正反馈环路重建及调节机制不清楚。我们在项目申请时发现Knockdwown组蛋白去乙酰化酶2（Histone Deacetylase 2, HDAC2）促进iPS产生；HDAC2调节Oct4和Nanog启动子活性并和OCT4或SOX2形成复合体。依据这些结果我们提出HDAC2可能通过阻碍Oct4/Sox2/Nanog正反馈环路重建而抑制iPS。我们的研究发现：1) 实验表明HDAC2敲降后获得的成熟iPS细胞具有完全的全能性；2）HDAC2在体细胞重编程的成熟期发挥了抑制作用从而抑制iPS形成效率；3）在pre-iPS细胞中，HDAC2结合RbAp46并结合在iPS成熟相关基因的启动子区，从而抑制pre-iPS成熟相关基因的表达; 4) HDAC2敲降后这些成熟相关基因的基因启动子区组蛋白乙酰化升高，促进了RbAp46对DNA去甲基化酶TET1的招募，从而激活了这些成熟相关基因的表达，最终促进了pre-iPS细胞的成熟。我们的发现不仅证实了HDAC2-TET1开关在pre-iPS细胞成熟中的重要功能，同时阐明了一个新颖的调控基因表达的组蛋白乙酰化和DNA去甲基化之间相互作用的机制。论文发表于国际知名学术期刊Nucleic Acids Research.（An HDAC2-TET1 switch at distinct chromatin regions significantly promotes the maturation of pre-iPS to iPS cells"，Nucleic Acids Res. 2015 Jun 23;43(11):5409-22）。.在项目的支持下，项目申请人还拓展了对组蛋白去乙酰化酶HDAC10, 组蛋白乙酰化酶GCN5以及BUB3在肿瘤中的研究，发现并发表以下成果: 1) 组蛋白去乙酰化酶HDAC10抑制宫颈癌细胞转移(J Biol Chem. 2013)；2）GCN5通过与细胞周期关键转录因子E2F1相互作用促进肺癌细胞(J Biol Chem. 2013)；3）染色体精确分配关键蛋白BUB3的细胞内定位机制(J Biol Chem. 2015)。