核膜蛋白调节人干细胞稳态和衰老的机制研究

Stem cell depletion is an important element of aging．In the aging cell, nuclear membrane become irregular and lamin is down-regulated, which reveal nuclear envelope proteins play an important role during aging. In order to research the important function of the nuclear envelope proteins in maintaining stem cells homeostasis, and to study how nuclear envelope proteins mediate the stability of the heterochromatin, we generated LMNA, LMNB1,LMNB2,EMD-deficient human embryonic stem cells (hESCs) by using CRISPR/Cas9 technique. After inducing differentiation, nuclear envelope proteins deficient human mesenchymal stem cells (hMSCs) exhibited delayed proliferation rate and premature senescence. On other hand, regulation mechanism of Nuclear membrane proteins to the cell aging will be studied by RNA-seq, ChIP-seq and ATAT-seq. In addition, drug screening will be used to find the target of intervention and provide clues for delaying the senescence of stem cells.

干细胞耗竭是引起机体衰老的重要原因，细胞衰老过程中核膜异常和核纤层蛋白表达下调，说明核膜蛋白在调控细胞衰老方面扮演重要的作用，但核膜蛋白如何调节人干细胞稳态和衰老尚不清楚，我们在人胚胎干细胞中利用CRISPR/Cas9技术将核膜蛋白基因LMNA、LMNB1、LMNB2、EMD进行敲除，并将获得的敲除细胞系定向分化成人不同类型的成体干细胞和终末分化细胞，观察核膜蛋白缺失对细胞增殖和衰老的影响，对异染色质稳定性的影响，观察核膜蛋白对衰老的调控是否存在冗余性，通过RNA-seq、ChIP-seq、DamID-seq和ATAT-seq综合分析，探究核膜蛋白调节衰老的分子机制，通过药物筛选寻找干预靶点，为延缓干细胞衰老提供线索。

核纤层(Nuclear lamina, NL)是多细胞动物细胞核的基本结构成分，主要由核纤层蛋白和核纤层相关蛋白组成。核纤层蛋白在维持有等级组织的染色质结构中的作用并不清楚。在这里，我们首先构建了一个独特的核纤层蛋白敲除干细胞系统，包括LMNA, LMNB1, LMNB2单敲除，LMNB1和LMNB2双敲除，以及核纤层蛋白三敲除的人胚胎干细胞(hESCs)和人间充质细胞(hMPCs)。与稳定的细胞核形态、正常的自我更新能力和多能性相比，核纤层蛋白敲除的hMPCs的细胞核完整性受损，增殖能力和分化潜能减弱，以上结果表明核纤层蛋白敲除后染色质空间结构发生紊乱。通过对核纤层蛋白敲除的hMPCs进行大规模的表观基因组分析，我们发现基因组的组织被广泛破坏，表现为翻转的核径向定位和大量的高阶结构重塑，包括染色体区域的丢失，主动/抑制的隔室开关，漂移的隔室间相互作用，核浓缩物的定位改变和异常的转录事件。综上所述，我们的研究为理解核纤层蛋白在维持人类染色质空间组织和核区室中的基本作用提供了全面的信息。