H2B泛素化在细胞重编程过程中的作用机制研究

As the essential issue of ¬regenerative medicine, cell reprogramming is attracting more attentions from researchers in medicine and biology. Epigenetic modification has been proven to play key roles during cell reprogramming. As one of the impotant post-translational modifications, histone methylation and acetylation are essential for pluripotent gene initiation and expression. It has been reported that inhibition of histone de-acetylation could significantly promote cell reprogramming efficiency. Ubiquitination of histones has been found essential for embroynic stem cell diffenetiation, chromatin structure regulation, gene transcription modulation and DNA damage repair. While, little is known about the role of histone ubiquitination in cell reprogramming. In our previous study, we found that histone H2B ubiquitination mainly funtions in early stage of cell reporogramming. This project will studies on the functioal role H2B ubiquitination and its E3 ligase Rnf20 during cell reprogramming by various techniques. Thus our works would not only provide a theoretical basis for regenerative medicine research,but also potential clinical applications.

细胞重编程作为再生医学的研究重点目前正日益受到医学和生物学研究人员的关注。表观遗传修饰已被证明在细胞重编程过程中有重要作用。组蛋白甲基化和乙酰化作为重要的蛋白质翻译后修饰在细胞重编程的干性基因的起始以及表达等都扮演重要角色。已有研究表明，组蛋白去乙酰化酶抑制剂可以显著提高细胞重编程效率。而组蛋白泛素化在胚胎干细胞定向分化、染色质结构调节、基因转录调控、DNA损伤修复等方面都有重要作用。然而目前组蛋白泛素化在细胞重编程过程中又起到什么样的作用目前还没有报道。我们的前期研究发现，H2B泛素化在细胞重编程早期阶段发挥重要作用，本项课题将以H2B泛素化及其泛素化连接酶Rnf20作为切入点，以Rnf20条件性敲除MEF细胞来进行诱导重编程，通过ChIP-Seq和生物信息学等技术分析手段系统深入的研究组蛋白H2B泛素化在细胞编程与重编程过程中的作用机制，从而为再生医学的研究和临床应用提供理论依据。

细胞重编程在再生医学和基础研究领域有着巨大的应用潜能。体细胞重编程为诱导多能性干细胞的过程中涉及到广泛的表观遗传修饰，然而组蛋白H2B泛素化在细胞重编程过程中的作用机制目前还没有报道。在本项目的实施过程中，我们利用Rnf20Flox/Flox；T-Cre MEF细胞系，建立Rnf20缺失的细胞重编程细胞模型，发现体细胞敲除RNF20后不能重编程为诱导多能性干细胞，Rnf20缺失引起H2B泛素化水平下降后，可能通过改变染色体结构进而导致细胞重编程基因网络启动失败从而抑制了细胞重编程过程的早期阶段。我们以Rnf20-/-的iPSC为模型，研究RNF20及H2B泛素化在iPSC细胞自我更新及稳态维持方面的作用机制，发现RNF20缺失后的iPS细胞不能维持其克隆形态和细胞稳态，细胞基因网络维持发生紊乱，并且RNF20的缺失引起iPS细胞凋亡及DNA损伤反应，最终导致基因组发生不稳定。我们的研究成果更深一步的阐明了组蛋白H2B泛素化在细胞重编程过程中的作用机制，H2B泛素化在iPS克隆基因组稳定性维持方面的研究为iPS在再生医疗领域的应用提供了重要的理论基础。