LincRNA GAS5在胚胎干细胞和体细胞细胞周期调控中的不同作用及其机制研究

What are the differences between the mechanism of embryonic stem cells (ESC) maintaining and self-renewal in vitro and the somatic cell proliferation, is a critical question to understand the characteristics of stem cells, explore the mechanism of cell aging, and understand the cell reprogramming. In our previous research basing on whole transcriptome sequencing of human ESC, we found a long non coding RNA GAS5 is highly related with human ESC self-renewal, and can promote stem cell in vitro amplification process. But， which is interesting, the GAS5 in human somatic cells is to inhibit cell proliferation through supressing the glucocorticoid receptor (GR) activity. To reveal the underlying mechanism of this phenomenon, we will first study the role of GAS5 on ESCs maintaining and self-renewal through the overexpression and knock-out ESCs in the in vivo and in vitro experiments with HEK293 cells as controls; furthermore exclude the role of GR-related regulation for GAS5 in human ESC through the analysis of GR expression and activity; and then validate whether GAS5 can play as a microRNA sponge to regulate stem-cell-specific microRNAs according to the RNA expression analysis, bioinformatics prediction, target validation and RISC-RNA interaction analysis. Our goal is to validate the different functions of GAS5 in the cell cycle regulations of ESCs and somatic cells and reveal its underlying mechanisms, and then provide better understanding to the role and mechanism of long non-coding RNA in the stem-cell-specific molecular regulatory network.

胚胎干细胞(ESC)有着独特的增殖能力，但是ESC中是否存在与体细胞不同的细胞周期调控机制尚未阐明。我们近期通过人ESC全转录组测序研究发现，长链非编码RNA GAS5与人ESC自我更新高度相关，并可以加快ESC细胞周期和增殖；而文献中GAS5却可以通过糖皮质激素受体（GR）抑制多种体细胞的增殖。为什么GAS5在ESC和体细胞中的作用完全相反？针对这一问题，我们拟首先分别在ESC和体细胞中对比分析GAS5对细胞增殖和细胞周期的调控作用；随后在机制研究中，一方面通过ESC与体细胞中GR活性的对比研究，分析GAS5/GR通路是否参与ESC增殖，一方面通过RNA表达改变和RNA竞争性结合研究，分析GAS5是否作为microRNA海绵抑制ESC特异性microRNA和调控细胞周期蛋白。最终阐明GAS5在人ESC和体细胞中发挥不同功能的机制，从而更好地认识非编码RNA在干细胞特异性调控网络中的作用。

人胚胎干细胞(ESC)具有特殊的多能性维持及自我更新能力，但是其区别于其他细胞的细胞周期和自我更新调控机制尚未阐明。本项目针对非编码RNA在人胚胎干细胞(ESC)特殊细胞周期和自我更新调控机制中的作用展开研究，重点阐明 ESC 中是否存在与体细胞不同的细胞周期调控机制。项目通过人 ESC 全转录组测序研究发现，长链非编码 RNAGAS5 与人 ESC 自我更新高度相关，并可以加快 ESC 细胞周期和增殖；并证实GAS5在 ESC 和体细胞中对细胞增殖和细胞周期的调控作用有显著差别。在机制研究中，发现了人ESC中GAS5不能通过糖皮质激素受体（GR）发挥抑制细胞增殖的作用。随后通过 RNA 表达改变和 RNA 竞争性结合研究，发现GAS5 可以作为 microRNA 海绵抑制 ESC 特异性 microRNA 和调控细胞周期蛋白，同时可以最终阐明GAS5 在人 ESC 和体细胞中发挥不同功能的机制，从而更好地认识非编码 RNA 在干细胞特异性调控网络中的作用。项目发现了人ESC内GAS5通过ceRNA机制维持内部分子平衡网络维持自我更新、增殖及多能性的调控机制，同时，发现了GAS5-NODAL 相关的人 ESC旁分泌机制来维持ESC群体多能性状态，这一全新的分子机制和作用靶点为人 ESC的多能性评价找到具有潜在应用价值的新 marker，有望促进干细胞机制研究与临床应用。该项工作发表于Nature Communications杂志。项目还发现了snoRNA 7A在人脐带间充质干细胞中通过调节RNP活性而影响细胞增殖的作用及其机制，为促进间充质干细胞增殖提供了一种新的促进策略，目前申请发明专利一项，主要成果发表于Stem Cells杂志。项目还发现了脐带间充质干细胞来源外泌体中的microRNA对于成纤维细胞分化为肌成纤维细胞具有调控作用，其作用机制主要是通过miR-145及miR-21靶向TGF相关信号通路分子。该工作对于皮肤损伤后的无瘢痕愈合策略具有重要的提示意义，具有很好的转化价值。目前申请发明专利2项，主要成果发表于Stem Cells杂志。最后，项目建立了一种基于双靶点gRNA的CRISPR系统，可以用于胚胎干细胞中的长链非编码RNA敲除，并建立了利用该系统实现了染色体易位模型的构建，并申请发明专利1项，主要成果发表于Scientific Report杂志。