中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院裴端卿研究組和劉晶研究組通過生長(zhǎng)因子和化合物篩選，建立了新型高效的非整合小鼠干細(xì)胞始發(fā)態(tài)向原始態(tài)轉(zhuǎn)變（PNT，Primed-Na？ve Transition）技術(shù)體系，并結(jié)合RNA-seq和ATAC-seq等高通量測(cè)序技術(shù)，鑒定了調(diào)控PNT過程的新型因子，闡述了調(diào)控PNT過程的新機(jī)制。相關(guān)研究5月11日在線發(fā)表在《自然－細(xì)胞生物學(xué)》。裴端卿研究員和劉晶研究員為該論文的通訊作者。博士研究生余勝勇和周純?nèi)A，曹尚濤博士，何江平博士為該論文的共同第一作者。 

　　細(xì)胞重編程及命運(yùn)轉(zhuǎn)化由精密復(fù)雜的信號(hào)和表觀遺傳調(diào)控所決定，其分子機(jī)理揭示和作用模式建立是細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域亟需解決的核心問題。小鼠胚胎多能干細(xì)胞存在兩種不同狀態(tài)，即原始態(tài)干細(xì)胞（Na？ve態(tài)，對(duì)應(yīng)植入前約3.5胚胎）和始發(fā)態(tài)干細(xì)胞（Primed 態(tài)，對(duì)應(yīng)植入后約5.5-6.5天胚胎）。干細(xì)胞始發(fā)態(tài)重編程到原始態(tài)（PNT）代表著胚胎發(fā)育階段的逆時(shí)間回?fù)?，需要克服重要表觀遺傳障礙，也為揭示著床前后胚胎發(fā)育的表觀遺傳機(jī)制提供了重要的研究模型。國(guó)際上PNT研究往往需利用病毒載體導(dǎo)入轉(zhuǎn)錄因子，操作繁瑣，且轉(zhuǎn)換效率較低，不利于其廣泛應(yīng)用，同時(shí)PNT轉(zhuǎn)變過程的機(jī)理也有待進(jìn)一步的闡明。 

　　針對(duì)上述問題，研究人員通過篩選發(fā)育相關(guān)生長(zhǎng)因子，發(fā)現(xiàn)BMP4具備誘導(dǎo)小鼠始發(fā)態(tài)向原始態(tài)轉(zhuǎn)變的能力。進(jìn)一步，通過化合物庫(kù)篩選，鑒定出兩個(gè)小分子抑制劑EPZ6438（EZH2抑制劑）和EPZ5676（DOT1L抑制劑）可以顯著提高PNT轉(zhuǎn)變效率?；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，研究人員最終建立了一套8天內(nèi)效率高達(dá)80%的小鼠PNT誘導(dǎo)體系。在該體系中，BMP信號(hào)的撤除將導(dǎo)致導(dǎo)致PNT轉(zhuǎn)變的完全阻斷，因此該PNT體系被命名為BiPNT（BMP induced PNT）。 

　　通過對(duì)BiPNT誘導(dǎo)體系進(jìn)行系統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（RNA-seq）及染色質(zhì)轉(zhuǎn)座酶可及性測(cè)序(ATAC-seq),聯(lián)合生物信息學(xué)分析，研究人員描繪了BiPNT轉(zhuǎn)變過程染色質(zhì)可及性動(dòng)態(tài)變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)BMP信號(hào)一方面抑制分化相關(guān)位點(diǎn)的開放，另一方面促進(jìn)原始態(tài)多能性基因位點(diǎn)的開放來介導(dǎo)PNT轉(zhuǎn)變進(jìn)程。通過進(jìn)一步的分析，研究人員鑒定出ZBTB7家族轉(zhuǎn)錄因子是新型BMP4下游靶點(diǎn)，其中Zbtb7a/b通過調(diào)控染色質(zhì)重塑影響了PNT進(jìn)程。通過染色質(zhì)免疫共沉淀技術(shù)，研究人員最終證明Zbtb7a直接結(jié)合并激活原始態(tài)多能性基因如Esrrb, Klf2, Nr5a2的表達(dá)來調(diào)控PNT的轉(zhuǎn)變過程。 

　　該研究建立了高效小鼠多能干細(xì)胞始發(fā)態(tài)向原始態(tài)轉(zhuǎn)變技術(shù)平臺(tái)，從染色質(zhì)可及性角度揭示了PNT轉(zhuǎn)變的分子機(jī)理，并發(fā)現(xiàn)的BMP信號(hào)的新調(diào)控靶標(biāo)。該研究極大擴(kuò)展了多能干細(xì)胞PNT轉(zhuǎn)變技術(shù)體系，豐富了細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)化理論模型，為研究胞外信號(hào)調(diào)控細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變的機(jī)理研究提供了新的研究范式，對(duì)理解著床前后胚胎發(fā)育的關(guān)鍵事件及人原始態(tài)多能干細(xì)胞的獲取具有極大的借鑒意義。 

　　論文鏈接

細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)換過程、染色質(zhì)變化以及中間參與的調(diào)控蛋白