廣州生物院揭示多梳蛋白PCGF5調控胚胎幹細胞

2020-11-28 中國科學院

廣州生物院揭示多梳蛋白PCGF5調控胚胎幹細胞
向神經前體細胞分化的相關分子機制

2018-05-18 廣州生物醫藥與健康研究院

【字體：大 中 小】

語音播報

　　5月15日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院研究員姚紅傑課題組在《自然-通訊》（Nature Communications）中在線發表了題為PCGF5 is required for neural differentiation of embryonic stem cells 的研究成果。該研究工作揭示了多梳蛋白PCGF5調控胚胎幹細胞向神經前體細胞分化的相關分子機制。

　　表觀遺傳修飾在維持幹細胞特性及細胞命運轉變過程中發揮著重要作用。多梳蛋白作為重要的表觀遺傳修飾因子首先在果蠅中被發現，是表觀遺傳修飾的重要調控因子。在高等動物中，多梳蛋白抑制複合物1（Polycomb Repressive Complex 1, 簡稱PRC1）組成複雜，根據PRC1複合物組成成分不同，PRC1複合物可分為經典和非經典兩大類，其功能表現多種多樣。該課題組於2017年4月在Cell Stem Cell 發表的文章中曾報導了非經典多梳蛋白RYBP分別存在於PRC1複合物和含有多能性因子OCT4的兩種複合物中；RYBP通過PRC1依賴和非依賴兩種方式共同發揮作用進而促進體細胞重編程。

　　通過篩選影響幹細胞向神經前體細胞分化的表觀遺傳因子，該課題組發現PRC1複合物的非經典亞基PCGF5在幹細胞神經分化過程中發揮重要作用。他們研究發現敲除PCGF5雖然不影響幹細胞的乾性維持和自我更新，但卻顯著抑制了胚胎幹細胞向神經前體細胞分化。在幹細胞向神經外胚層定向分化過程中，PCGF5可以通過RING1B依賴的泛素化負向調控SMAD2/TGF-β信號通路，而敲除PCGF5導致分化過程中SMAD2/TGF-β信號通路被激活，使幹細胞向神經前體細胞分化受到抑制。此外在幹細胞神經分化過程中，敲除PCGF5使組蛋白H2AK119ub1和H3K27me3修飾在神經分化相關基因啟動子區不能夠有效消減。而且在幹細胞神經分化過程中，PCGF5在全基因組的分布不僅與基因抑制相關的組蛋白修飾H2AK119ub1和H3K27me3共定位，更多的PCGF5結合在高表達的基因上，並與基因激活相關的組蛋白修飾H3K27ac和H3K4me3存在共定位。該研究進一步揭示PCGF5可能具有激活幹細胞向神經前體細胞分化相關基因轉錄的功能。

　　這一研究結果表明在神經分化過程中，PCGF5一方面通過發揮PRC1複合物的功能抑制SMAD2/TGF-β信號通路，另一方面參與激活神經分化相關基因，進而調控幹細胞向神經前體細胞分化的進程。該研究揭示了多梳蛋白PCGF5在胚胎幹細胞命運轉變過程中的重要功能，突出了多梳蛋白不僅僅在基因轉錄調控抑制中發揮重要的功能，也在特定的時空具有激活基因轉錄的功能，對於後續研究神經系統相關疾病發生過程中關鍵蛋白的調控作用和機制奠定了一定基礎，並為闡明相關疾病發生的分子機制及發現新的治療靶點提供了思路。

　　姚明澤為該論文的第一作者，姚紅傑為論文的通訊作者。該研究是姚紅傑課題組與香港中文大學的王華婷、孫昊課題組合作完成的。該研究得到了來自中科院「器官重建與製造」戰略性先導科技專項、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、廣東省幹細胞與組織工程重大科技專項等項目的資助。

　　文章連結 

　　5月15日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院研究員姚紅傑課題組在《自然-通訊》（Nature Communications）中在線發表了題為PCGF5 is required for neural differentiation of embryonic stem cells 的研究成果。該研究工作揭示了多梳蛋白PCGF5調控胚胎幹細胞向神經前體細胞分化的相關分子機制。
　　表觀遺傳修飾在維持幹細胞特性及細胞命運轉變過程中發揮著重要作用。多梳蛋白作為重要的表觀遺傳修飾因子首先在果蠅中被發現，是表觀遺傳修飾的重要調控因子。在高等動物中，多梳蛋白抑制複合物1（Polycomb Repressive Complex 1, 簡稱PRC1）組成複雜，根據PRC1複合物組成成分不同，PRC1複合物可分為經典和非經典兩大類，其功能表現多種多樣。該課題組於2017年4月在Cell Stem Cell 發表的文章中曾報導了非經典多梳蛋白RYBP分別存在於PRC1複合物和含有多能性因子OCT4的兩種複合物中；RYBP通過PRC1依賴和非依賴兩種方式共同發揮作用進而促進體細胞重編程。
　　通過篩選影響幹細胞向神經前體細胞分化的表觀遺傳因子，該課題組發現PRC1複合物的非經典亞基PCGF5在幹細胞神經分化過程中發揮重要作用。他們研究發現敲除PCGF5雖然不影響幹細胞的乾性維持和自我更新，但卻顯著抑制了胚胎幹細胞向神經前體細胞分化。在幹細胞向神經外胚層定向分化過程中，PCGF5可以通過RING1B依賴的泛素化負向調控SMAD2/TGF-β信號通路，而敲除PCGF5導致分化過程中SMAD2/TGF-β信號通路被激活，使幹細胞向神經前體細胞分化受到抑制。此外在幹細胞神經分化過程中，敲除PCGF5使組蛋白H2AK119ub1和H3K27me3修飾在神經分化相關基因啟動子區不能夠有效消減。而且在幹細胞神經分化過程中，PCGF5在全基因組的分布不僅與基因抑制相關的組蛋白修飾H2AK119ub1和H3K27me3共定位，更多的PCGF5結合在高表達的基因上，並與基因激活相關的組蛋白修飾H3K27ac和H3K4me3存在共定位。該研究進一步揭示PCGF5可能具有激活幹細胞向神經前體細胞分化相關基因轉錄的功能。
　　這一研究結果表明在神經分化過程中，PCGF5一方面通過發揮PRC1複合物的功能抑制SMAD2/TGF-β信號通路，另一方面參與激活神經分化相關基因，進而調控幹細胞向神經前體細胞分化的進程。該研究揭示了多梳蛋白PCGF5在胚胎幹細胞命運轉變過程中的重要功能，突出了多梳蛋白不僅僅在基因轉錄調控抑制中發揮重要的功能，也在特定的時空具有激活基因轉錄的功能，對於後續研究神經系統相關疾病發生過程中關鍵蛋白的調控作用和機制奠定了一定基礎，並為闡明相關疾病發生的分子機制及發現新的治療靶點提供了思路。
　　姚明澤為該論文的第一作者，姚紅傑為論文的通訊作者。該研究是姚紅傑課題組與香港中文大學的王華婷、孫昊課題組合作完成的。該研究得到了來自中科院「器官重建與製造」戰略性先導科技專項、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、廣東省幹細胞與組織工程重大科技專項等項目的資助。
　　文章連結 

列印 責任編輯：葉瑞優

相關焦點

  • 中科院廣州生物院發現PRC2複合物在人胚胎幹細胞命運決定中的重要...
  • 廣州生物院首次揭示KDM2B-PRC1在重編程中的功能
    研究首次揭示KDM2B-PRC1複合物在iPS誘導重編程過程中的促進功能，發現BMP信號通過削弱KDM2B-PRC1複合物在染色質上的結合併激活中內胚層基因的調節機制。這項表觀遺傳方向的基礎研究成果闡述了一個參與細胞潛能調控的重要蛋白質機器的功能，並發現通過細胞環境調控該機器的機制，為未來誘導特定功能細胞提供了理論依據。
  • 廣州生物院成立研發國際首臺全自動幹細胞誘導培養設備
    15日，由中科院廣州生物醫藥與健康研究院（以下簡稱「廣州生物院」）承擔的國家重大科研裝備研製項目「全自動幹細胞誘導培養設備」（以下簡稱「培養設備」）正式通過國家重大裝備專項驗收，標誌全球首臺自動化無人堅守、應用深度神經網絡的智能化幹細胞誘導培養設備誕生。
  • 復旦團隊合作揭示人胚胎幹細胞自我更新和分化的新機制
    復旦團隊合作揭示人胚胎幹細胞自我更新和分化的新機制 2019-03-14 14:34:00來源：央廣網
  • 復旦大學研究團隊揭示人胚胎幹細胞自我更新和分化的新機制
    人民網上海3月15日電 （記者 姜泓冰）近日，復旦大學基礎醫學院孟丹研究組與復旦大學附屬中山醫院張書寧副主任醫師合作揭示了人胚胎幹細胞自我更新和分化的新機制。3月13日，研究成果以《Bach1調控人胚胎幹細胞自我更新並抑制幹細胞向中胚層和內胚層的分化》為題在線發表於《科學進展》（Science Advances）。該研究首次揭示了一種關鍵的轉錄因子Bach1在調控人胚胎幹細胞自我更新和分化中的重要作用及作用機制，可能為開發幹細胞治療人類疾病的新療法提供新思路。
  • 廣州生物院承辦第二十一期幹細胞iPS技術培訓班
    廣州生物院承辦第二十一期幹細胞iPS技術培訓班 2015-05-26 廣州生物醫藥與健康研究院 【字體：大 中 小】
  • 科學家揭示人胚胎幹細胞自我更新奧秘
    復旦大學基礎醫學院孟丹教授研究組與復旦大學附屬中山醫院副主任醫師張書寧臨床組合作，發現人胚胎幹細胞自我更新和分化新機制，首次揭示了體內一種關鍵的轉錄因子
  • 廣州生物院等揭示SOX2/DDX5與R-loop協同調控體細胞重編程為誘導多...
    6月10日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院/廣州再生醫學與健康廣東省實驗室姚紅傑課題組聯合清華大學生命科學學院孫前文課題組在國際學術期刊Science Advances在線發表了題為R-loops Coordinate with SOX2 in Regulating Reprogramming to Pluripotency 的研究論文，該研究成果揭示了SOX2/DDX5與R-loop協同調控體細胞重編程的新機制
  • 廣州生物院m6A修飾調控體細胞重編程機理研究獲進展
    9月8日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院陳捷凱課題組在Cell Reprots雜誌在線發表了題為YTHDF2/3 are required for somatic reprogramming through different RNA deadenylation pathways的文章。
  • 廣州生物院揭示小鼠多能幹細胞始發態向原始態轉變過程的分子機制
    細胞命運轉化是由精密複雜的信號調控和表觀遺傳調控所決定，其分子機理研究是細胞生物學發展亟需解決的核心問題之一。研究表明，小鼠的多能性幹細胞在信號維持和功能上存在兩種不同的狀態，分別是始發態（primed）的上胚層幹細胞（Epiblast stem cells, EpiSCs）和原始態（naive）的胚胎幹細胞（Embryonic stem cells, ESCs）。
  • 廣州健康院揭示造血幹細胞穩態調控的新機制
    近日，中科院廣州生物醫藥與健康研究院王金勇課題組和中國醫學科學院血液學研究所實驗血液學國家重點實驗室程輝/程濤課題組合作攻關，在造血幹細胞穩態調控領域研究取得新突破，最近在Haematologica（血液學雜誌）在線發表了題為Loss of Nupr1 promotes engraftment by tuning the quiescence threshold of hematopoietic
  • 細胞表面力學調控胚胎幹細胞的分化
    細胞表面力學調控胚胎幹細胞的分化 作者：小柯機器人 發布時間：2020/11/19 13:12:01 德國歐洲分子生物學實驗室Alba Diz-Muoz小組發現，細胞表面力學調控胚胎幹細胞的分化
  • 同濟大學醫學院癌症中心王平課題組揭示腫瘤幹細胞調控新機制
    同濟大學醫學院癌症中心王平課題組揭示腫瘤幹細胞調控新機制 來源：醫學院   時間：2019-01-02  瀏覽：
  • 生物物理所揭示WASH蛋白調控造血幹細胞分化的機制
    NURF複合物調控造血幹細胞分化的新功能。　　WASH蛋白是一個廣泛表達的蛋白質，它擁有眾多的功能結構域。範祖森研究組前期研究發現WASH具有抑制自噬的作用（EMBO J，2013），並揭示了其調控自噬作用的分子機制（Cell Research, 2014）。
  • 中國學者揭示人胚胎幹細胞自我更新和分化的新機制
    Bach1維持人胚胎幹細胞自我更新並抑制幹細胞向中胚層和內胚層分化的機製圖。校方提供中新網上海3月14日電 (記者 陳靜)復旦大學14日披露，該校基礎醫學院孟丹研究組與復旦大學附屬中山醫院張書寧副主任醫師合作，揭示了人胚胎幹細胞自我更新和分化的新機制。
  • 胚胎幹細胞研究最新進展
    這是一個生物學家們最近才開始研究解決的問題，而且越來越多的研究結果表明，特定蛋白質數量的隨機時間變化在生物學過程中起著直接而且重要的角色。近日，一項刊登在國際雜誌Molecular Systems Biology上的研究報告中，來自瑞士洛桑聯邦理工學院等機構的科學家們通過研究發現，蛋白質濃度的時間波動或能決定胚胎幹細胞所轉變的細胞類型。
  • 【學術前沿】高紹榮/鞠振宇/樂融融合作揭示Dcaf11調控小鼠胚胎...
    該工作揭示了早期胚胎ALT過程中的關鍵因子及作用機制，為進一步理解早期胚胎ALT機制提供了重要線索。然而參與胚胎ALT機制的因子及分子機制還尚不明晰。為了解答這個問題，高紹榮課題組利用高靈敏的蛋白定量質譜技術，檢測了小鼠植入前胚胎受精卵，2-細胞，4-細胞，8-細胞，桑葚胚和囊胚等六個時期的蛋白質組信息，成功確認了植入前胚胎中四千多個蛋白的含量變化信息，並首次繪製了小鼠植入前胚胎蛋白質組動態圖譜【15】。
  • 廣州生物院闡明lncRNA通過表觀遺傳抑制重編程的發生
    廣州生物院闡明lncRNA通過表觀遺傳抑制重編程的發生 2014-12-29 廣州生物醫藥與健康研究院 ，其中必需克服眾多障礙，才能到達終點，成為真正的幹細胞。
  • 前沿|胚胎幹細胞研究最新進展
    這是一個生物學家們最近才開始研究解決的問題，而且越來越多的研究結果表明，特定蛋白質數量的隨機時間變化在生物學過程中起著直接而且重要的角色。近日，一項刊登在國際雜誌Molecular Systems Biology上的研究報告中，來自瑞士洛桑聯邦理工學院等機構的科學家們通過研究發現，蛋白質濃度的時間波動或能決定胚胎幹細胞所轉變的細胞類型。
  • Cell Stem Cell | 蘇大張文勝組揭示小鼠胚胎幹細胞三胚層分化調控機制
    該研究結果揭示了小鼠胚胎幹細胞ESC分化期間特定BAF和PRC2亞基的不同機製作用。胚胎幹細胞（ESCs）能夠自我更新和分化成身體的所有細胞類型，這是由關鍵因子，包括轉錄因子（TF），多聚複合物，microRNA和組蛋白修飾物調控的。