TERRA在人类胚胎干细胞端粒长度调控中的作用研究

Maintaining telomere length is closely related to human embryonic stem cells (hESCs) to obtain self-renewal capacity and maintaining genomic stability. In our previous study，telomere elongation in the early passages of cultured hESCs dependent on telomerase activity，but the specific regulatory mechanism has not been elaborated. Recent studies found that, TERRA is a kind of non-coding RNAs, which are transcribed from telomeric region. The terminal sequence of TERRA and the sequence of template RNA that is a component of telomerase are base-pair complementary, and TERRA have a high affinity with its transcriptional sources of telomeric region, so the function of TERRA is under the strong spotlight of the telomere regulation. We also found that the expression of TERRA in the early passage of telomere elongating hESCs was significantly higher than the late passage of telomere stability hESCs, presumably TERRA may participate the regulation of telomere elongation in the early passage of hESCs. This topic intends to the telomere elongated early passage of hESCs as object of study, researching the mode of action and mechanisms of TERRA in the network of telomere length regulation, and explore the relationship between the regulatory network with hESCs characteristics. The results will reveal the significance of TERRA to telomere length regulation, and provide us the theoretical reference for objective evaluation of telomere length and hESCs characteristics.

端粒长度维持与人类胚胎干细胞（hESCs）获得自我更新能力和维持基因组的稳定性密切相关。在我们的前期研究中发现，hESCs在早期培养过程中依赖于端粒酶进行端粒延长，但是其具体的调控机制不明。TERRA是近年来发现的一种端粒区域转录的非编码端粒RNA，其尾端序列与端粒酶的模版RNA组分互补，并且与转录来源的端粒区域有高亲和力，其在端粒的调控作用中备受关注。我们也发现TERRA的表达水平在进行端粒延长的早期hESCs中要明显高于端粒稳定的晚期hESCs，推测TERRA可能参与了早期hESCs端粒延长的调控。本课题拟以早期hESCs为对象，研究TERRA在hESCs端粒长度调控网络中的作用方式，并探讨这一调控网络与干细胞特性的联系。结果将揭示hESCs端粒长度调控的机制和意义，并为客观评价hESCs端粒长度的生物学意义提供研究依据。

人类胚胎干细胞（hESCs）的体外建立是一个高度人工化的过程，通过特殊的培养方法使得来源于囊胚的内细胞团获得典型的胚胎干细胞（ESCs）形态和生长模式，并在无限对称分裂的基础上获得／维持其无限自我更新和三胚层分化潜能。端粒结构的维持是hESCs维持基因组稳定并进行无限分裂的必要条件之一。目前的研究显示，hESCs建立早期经历端粒染色质重建的过程，包括端粒染色质组蛋白甲基化程度下降和端粒重复片段长度增加，但是其发生的过程及机制并不十分清楚。.本研究追踪建系早期hESCs中端粒转录RNA--TERRA，在端粒染色质重建过程中的作用机制。研究发现，在hESCs建系过程中，端粒区域的组蛋白去甲基化促进了端粒酶介导的端粒延长，充足的端粒长度对维持hESCs无限对称分裂至关重要，提示了干细胞多能性和端粒维持之间的联系。同时，下降的TERRA水平和核内TERRA聚集程度与早期hESCs扩增中的端粒延长密切相关，TERRA通过与组蛋白甲基转移酶 SUV39H1相互作用，影响端粒组蛋白H3K9me3的水平，参与端粒结构的表观遗传调控。另外，FGF信号通路在hESCs建系早期被激活，通过端粒结合蛋白TRF1抑制TERRA的转录，可能是导致hESCs建立早期端粒染色质重建和长度延伸的原因。研究从表观遗传调控的角度探讨了端粒染色质去组蛋白甲基化与端粒重复片段长度的联系，并首次在hESCs中阐述了端粒染色质状态调控与自我更新的关系。