人类原始生殖细胞特化过程染色质开放状态的动态变化及机制研究

The formation of hPGCs is critical for establishing human germline and transmission of genetic information. However, the detailed molecular mechanisms underlying the generation of hPGCs remain largely unknown. The recent systems about in vitro induction of human primordial germ cell-like cells (hPGCLCs) from human embryonic stem cells (hESCs) or induced pluripotent stem cells (iPSCs) provide an excellent platform to investigate in vivo hPGC specification and development. Thus, we intend to screen and investigate novel candidate regulators during hPGCLC specification from both hPGCLCs and non-hPGCLCs (somatic cells generated in the induction) aspects. In order to achieve this aim, we will first examine chromatin accessibility and transcriptome dynamics from hESCs to hPGCLCs or non-hPGCLCs via ATAC-Seq and RNA-Seq. Then we will screen the candidate regulators by bioinformatics analysis and check the function of them by CRISPR/Cas9 systems, multi-omics approaches and traditional molecular and cell biology technologies. These results will enlarge our understanding of hPGC specification and development.

人类原始生殖细胞（hPGCs）的形成对于人类生殖系的建立和遗产信息的传递至关重要。然而，hPGC生成的具体分子机制仍然不大清楚。最近体外诱导人胚胎干细胞（hESCs）或诱导多能干细胞（iPSCs）分化得到人类原始生殖细胞类似细胞（hPGCLCs）的系统为研究体内hPGC的特化和发育提供了一个极佳的平台。因此，我们拟从hPGCLCs和non-hPGCLCs (诱导过程中生成的体细胞）两个角度，筛选并研究hPGC特化过程中新的候选调控基因。为了达成这个目标，我们将首先通过ATAC-Seq和RNA-Seq检测hESCs到hPGCLCs或non-hPGCLCs的染色质开放状态及转录组的动态变化。接下来，我们会利用生物信息学筛选候选的调控基因，并通过CRISPR/Cas9系统，多组学方法和传统的分子和细胞生物学技术来验证它们的功能。这些结果将会增加我们对hPGC特化和发育的理解。

世界范围内不孕不育症发病率约10%~15%，严重影响人们的生活质量，但发病背后的原因却知之甚少。原始生殖细胞是精子和卵子的祖细胞，研究它的发育和及调控机制具有重要意义。目前，人原始生殖细胞(hPGC)发育调控的详细分子机制在很大程度上仍未确定。这里，我们利用体外诱导人类原始生殖细胞样细胞(hPGCLCs)系统，分析了hPGCLC诱导过程中的染色质可及性和转录组动态变化，解析了该过程中的染色质开放-关闭，关闭-开放的规律，发现OCT4/SOX2、OCT4/SOX17和OCT4/SOX15结合基序（motif）的逐步切换分别富集在hESCs、早期和晚期hPGCLCs的封闭-开放区域；SOX15基因敲除实验提示SOX15在hPGCLCs维持中的重要作用，它通过抑制体细胞基因表达和维持潜在多能性发挥作用。此外，SOX15的下游调控因子ETV5也被发现对hPGCLC的维持至关重要。最后，我们也发现了JNK-JUN信号通路在hPGCLC诱导中的关键作用，JUN的敲除会导致中间态细胞iMeLCs的Eomes, GATA4, GATA6表达升高，从而使iMeLC失去往hPGCLC分化的能力。有趣的是，如果在hPGCLC阶段添加JNKi, 则会提高hPGCLC的分化效率。上述研究大大拓展了我们对hPGC/hPGCLC分化调控网络的理解，对于体外配子发生系统的建立也具有一定的参照意义。