基礎醫學(xué)研究所黃粵和余佳團隊發(fā)現胚胎干細胞退出多能性的轉錄后調控新機制

        2020年12月22日，中國醫學(xué)科學(xué)院基礎醫學(xué)研究所黃粵和余佳團隊在The EMBO Journal發(fā)表了“hnRNPLL controls pluripotency exit of embryonic stem cells by modulating alternative splicing of Tbx3 and Bptf”的論文。研究報道了hnRNPLL通過(guò)調控Bptf、Tbx3等關(guān)鍵基因mRNA的可變剪接促進(jìn)胚胎干細胞退出多能性的轉錄后調控新機制。
        胚胎干細胞（Embryonic stem cell, ESC）具有可體外培養、無(wú)限增殖、自我更新和多向分化的特性，在適當條件下可誘導生成不同類(lèi)型的細胞、組織。ESC從多能性狀態(tài)退出、打破維持ESC多能性的調控網(wǎng)絡(luò )，是ESC進(jìn)入譜系分化程序的首要步驟。轉錄后調控（Post-transcriptional gene regulation，PTGR）是真核基因表達調控的重要環(huán)節。有研究指出，PTGR啟動(dòng)了ESC多能性的退出，因為自我更新相關(guān)基因mRNA水平的迅速下降，早于其轉錄水平的沉默。而RNA的各種轉錄后調控過(guò)程均由RNA結合蛋白（RNA binding protein，RBP）參與和介導完成。
        該研究工作系統性篩查了RBP在ESC退出多能性中可能的功能，發(fā)現7個(gè)RBP的缺失會(huì )不同程度影響小鼠ESC退出多能性。其中，hnRNPLL缺失會(huì )導致ESC在分化狀態(tài)下自我更新基因不能正常下降，ESC的體內、外分化能力嚴重受損，過(guò)表達hnRNPLL則能顯著(zhù)促進(jìn)ESC退出多能性。
        hnRNPLL互作蛋白質(zhì)組分析發(fā)現其在ESC中主要與RNA剪接復合體相互作用，可能參與調控RNA剪接。進(jìn)一步對hnRNPLL-/- ESC中RNA可變剪接及hnRNPLL所結合靶RNA進(jìn)行系統分析，發(fā)現hnRNPLL促進(jìn)了一系列在ESC退出多能性過(guò)程中增加的可變外顯子跳躍（exon skipping）事件，而hnRNPLL的缺失則抑制了這些可變外顯子的跳躍，導致退出多能性障礙。隨后作者詳細研究了hnRNPLL對重要多能性調控因子Tbx3和BptfmRNA可變剪接的調控。發(fā)現Tbx3 exon2a和Bptf exon24a均是可變外顯子，包含該可變外顯子的轉錄本起到維持ESC多能性的作用，而不包含該外顯子的轉錄本則發(fā)揮相反功能，hnRNPLL則通過(guò)抑制該可變外顯子的選擇促進(jìn)ESC退出多能性。在hnRNPLL-/- ESC中特異敲除Tbx3 exon2a和Bptf exon24a則能部分恢復其退出多能性的缺陷。通過(guò)本研究，作者認為hnRNPLL所介導的RNA可變剪接在ESC多能性退出中發(fā)揮關(guān)鍵作用，為研究轉錄后調控在ESC多能性退出中的功能機制提供了有價(jià)值的資源和參考，并提出了可通過(guò)靶向RBP優(yōu)化ESC體外分化系統、加速ESC再生醫學(xué)應用的新途徑和思路。

        圖1. hnRNPLL通過(guò)調控Bptf、Tbx3等關(guān)鍵基因mRNA的可變剪接促進(jìn)ESC退出多能性

        本研究工作得到中國醫學(xué)科學(xué)院醫學(xué)與健康科技創(chuàng )新工程（2016-I2M-3-002,2019-I2M-2-001,2017-I2M-3-009）等項目的資助。中國醫學(xué)科學(xué)院基礎醫學(xué)研究所黃粵研究員、余佳研究員、馬艷妮副研究員和南方醫科大學(xué)王棟研究員為論文共同通訊作者，中國醫學(xué)科學(xué)院基礎醫學(xué)研究所王雪博士后、平昌昀博士研究生和南方醫科大學(xué)譚普文博士研究生為論文的共同第一作者。
        論文鏈接：https://www.embopress.org/doi/epdf/10.15252/embj.2020104729