Tfcp2l1促进胚胎干细胞自我更新的分子机制

Embryonic stem cells (ESCs) can be maintained in culture indefinitely while retaining the capacity to generate any type of cell in the body, and therefore hold great promise for tissue repair and regeneration.We previously reported that Tfcp2l1 can not only promote mouse ESC self-renewal, but also can reprogram post-implantation mouse epiblast stem cells (mEpiSCs) to naive pluripotent ESCs. However, the molecular mechanism of the self-renewal-promoting effect of Tfcp2l1 in ESCs remains unclear. In our study, We will identify the interacting proteins and the key target of Tfcp2l1 via using Co-IP and ChIP methods, combined with gene gain and loss of function technology. Notably, human ESCs are similar to mEpiSCs in growth requirements, morphology, clonogenicity, and gene expression patterns, we therefore will investigate whether transfection of human ESCs with Tfcp2l1 in absence or presence of other exogenous pluripotecy genes, like Oct4 or Klf4, can induce naive pluripotency. Our project will not only provide an expanded understanding of the current model of ground-state pluripotency, but also will facilitate the development of new culture conditions for the derivation of authentic ESCs from other species.

胚胎干细胞（ESCs）在体外能够无限地自我更新，同时保持着分化成各种组织细胞的能力，具有重大的社会和经济价值。前期我们发现转录因子Tfcp2l1不仅可以促进小鼠ESCs的自我更新，还可以重编程小鼠上胚层干细胞（mEpiSCs）回到ESCs状态。但其作用的分子机制还不清楚。本课题拟应用蛋白质和染色质免疫共沉淀技术，结合基因的过表达和干扰等方法，拟鉴定Tfcp2l1促进小鼠ESCs自我更新的核内相互作用蛋白及下游关键靶基因。因mEpiSCs和目前所建立的人ESCs具有相似的生物学特性，所以我们也将在人ESCs中单独上调Tfcp2l1的表达或共表达Tfcp2l1与其他多能性基因，明确其是否可以促进人ESCs原始（Naïve）多能性状态的产生。本项目的研究结果不仅将拓展目前人们对ESCs自我更新调控网络的认识，还将为分离和培养其他物种的ESCs及安全应用ESCs提供线索。此项研究国内外尚无报道。

胚胎干细胞多能性的维持和诱导一直是再生医学研究的热点和难点。作为小鼠胚胎干细胞多能性维持和诱导的重要基因之一， 转录因子Tfcp2l1是本人率先在国际上报道的，但是作用机制不清楚，所以本项目主要研究内容有：首先通过蛋白质免疫共沉淀技术鉴定Tfcp2l1促进小鼠胚胎干细胞自我更新的相互作用蛋白；接着利用高通量转录组测序筛选Tfcp2l1维持和诱导小鼠胚胎干细胞多能性的下游关键靶基因；最后在人胚胎干细胞中过表达Tfcp2l1，以检测其是否能够促进人胚胎干细胞多能性的维持以及诱导回到原始（Naïve）多能性状态。研究结果显示: 1) Tfcp2l1可以抑制多个胚层细胞的分化，其中它与MTA1蛋白相互作用抑制内胚层的分化，降低MTA1基因的表达会削弱Tfcp2l1在小鼠胚胎干细胞中的功能；此外，Tfcp2l1还与泛素连接酶β-TrCP相互作用，其自身蛋白的稳定性受β-TrCP蛋白的调控；2）Tfcp2l1可以抑制Lef1的表达，从而抑制中胚层和滋养外胚层细胞的分化；同时，Tfcp2l1主要通过诱导Esrrb的形成来维持和诱导小鼠胚胎干细胞的多能性，所以Esrrb是Tfcp2l1在小鼠胚胎干细胞中发挥功能的关键靶基因；3) 过表达Tfcp2l1不足以将人胚胎干细胞重编程回到Naïve多能性状态，但可以促进人胚胎干细胞的自我更新，转录因子Klf4是其人胚胎干细胞中的关键靶基因。基于以上研究结果，已在Journal of Biological Chemistry和Journal of Cell Science等期刊上发表SCI论文11篇；申请国家发明专利2个，授权1个；获批安徽省杰青项目1项；以第一完成人获得安徽省自然科学奖二等奖1项；培养硕士研究生9人；研究成果扩大了人们对胚胎干细胞多能性调控网络的认识，有利于干细胞未来的基础研究和转化应用。