1月20日，中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院潘光錦課題組在Nature Communications上發(fā)表了題為“JMJD3 and UTX determine fidelity and lineage specification of human neural progenitor cells”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)了H3K27me3去甲基化酶JMJD3和UTX在人神經(jīng)干細(xì)胞的維持及神經(jīng)亞類(lèi)細(xì)胞命運(yùn)特化過(guò)程中的必要且一致的作用。 

　　神經(jīng)發(fā)生是一個(gè)連續(xù)且高度有序的過(guò)程，是從多能干細(xì)胞到神經(jīng)干細(xì)胞及各種各樣的神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞等特化細(xì)胞譜系的過(guò)程，在人胚胎發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。而表觀遺傳修飾在維持細(xì)胞特性及細(xì)胞命運(yùn)決定過(guò)程中發(fā)揮重要作用。但是，人神經(jīng)發(fā)生的精確表觀遺傳調(diào)控機(jī)制仍尚未明確。2017年9月，潘光錦課題組在Nature Communications上報(bào)道了執(zhí)行H3K27me3甲基轉(zhuǎn)移酶功能的多梳蛋白復(fù)合物2（PRC2）特化人神經(jīng)外胚層形成的關(guān)鍵作用。然而，H3K27me3去甲基化酶KDM6家族（JMJD3/KDM6B和UTX/KDM6A）調(diào)控人神經(jīng)發(fā)生的作用及確切機(jī)制尚未闡明。 

　　研究發(fā)現(xiàn)，敲除KDM6s（JMJD3和/或UTX）的人胚胎干細(xì)胞可正常形成神經(jīng)干細(xì)胞，但人神經(jīng)干細(xì)胞增殖能力減弱且不能有效分化形成神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。機(jī)制上，JMJD3和UTX富集在神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因上，且敲除KDM6導(dǎo)致這些基因的H3K27me3積聚及DNA可進(jìn)入性減少。該研究揭示了KDM6s在特化神經(jīng)干細(xì)胞和神經(jīng)亞類(lèi)細(xì)胞的差異需求，且強(qiáng)調(diào)了單個(gè)表觀遺傳調(diào)控因子在細(xì)胞命運(yùn)決定中的重要作用。 

　　該研究揭示了KDM6s依賴的H3K27me3去甲基化在人神經(jīng)發(fā)生過(guò)程中特化譜系保真性和命運(yùn)決定中的關(guān)鍵作用。結(jié)合課題組前期報(bào)道的PRC2特化神經(jīng)外胚層的關(guān)鍵作用，該系列研究闡明了H3K27me3的甲基化和去甲基化在人神經(jīng)發(fā)生過(guò)程中的從多能干細(xì)胞到神經(jīng)亞類(lèi)細(xì)胞的連續(xù)譜系特化中的差異需求。此系列研究也為探索細(xì)胞命運(yùn)決定的調(diào)控和研究神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制及尋找新的治療靶點(diǎn)提供了可參考的思路。 

　　潘光錦研究員為論文的通訊作者，單永禮博士、博士生張燕琪、博士生趙圓為論文的共同第一作者。該研究工作得到了科技部、中科院、國(guó)家自然科學(xué)基金委、廣東省及廣州市科技項(xiàng)目的資助。 

　　論文鏈接

　　H3K27me3的甲基化和去甲基化在人神經(jīng)發(fā)生過(guò)程中的差異需求