遺傳發育所發現轉錄中介體調控幹細胞不對稱分裂和根形態建成的機理

2020-12-06 中國科學院

　　多細胞生物的器官發生和生長發育依賴於幹細胞的不對稱分裂。與動物幹細胞類似，植物幹細胞的不對稱分裂和特性維持通常由少數幾個核心轉錄因子控制。因此，核心轉錄因子如何與RNA聚合酶II通用轉錄機器「密切溝通」從而實現對靶標基因時空特異性表達的精確控制是發育生物學領域的一個重大問題。

　　在模式植物擬南芥中，幹細胞組織中心及其周圍的幹細胞共同構成了根尖幹細胞微環境。其中的皮層/內皮層幹細胞通過不對稱分裂產生皮層和內皮層兩層細胞，它們共同被稱為根基本組織。已有的研究表明，核心轉錄因子SHORT ROOT (SHR)和SCARECROW (SCR)在皮層/內皮層幹細胞的不對稱分裂及根基本組織模式建成中起至關重要的作用。然而，人們尚不清楚SHR-SCR如何與通用轉錄機器密切溝通，從而精確控制靶標基因的時空特異性表達。

　　中國科學院遺傳與發育生物學研究所李傳友研究組的研究表明，在進化上高度保守的轉錄中介體亞基MED31通過控制SHR-SCR介導的時空特異性轉錄輸出而調控幹細胞的不對稱分裂。他們的研究發現，MED31與SCR直接相互作用而不與SHR直接互作。MED31、SCR和SHR通過形成動態三元複合體而控制靶標基因的時空特異性表達。MED31和SHR以濃度依賴的方式競爭結合SCR，從而調控MED31-SCR-SHR三元複合體的動態形成。高濃度的SHR幹擾SCR結合MED31；當SHR處於合適濃度時，SCR可以結合MED31，從而連接RNA聚合酶II通用轉錄機器，啟動下遊靶基因轉錄。該研究成果表明，MED31和SCR的動態相互作用控制著SHR-SCR複合體的轉錄輸出，進而決定了幹細胞的不對稱分裂。

　　這一突破性研究揭示了轉錄中介體在「溝通」轉錄因子和通用轉錄機器中的作用方式。該研究於5月29日在《美國國家科學院院刊》（PNAS）雜誌上發表(DOI:10.1073/pnas.1800592115)。李傳友研究組的博士研究生張瀟月、周文焜和山東農業大學教授陳謙是該論文的共同第一作者。該研究得到科技部重大科學研究計劃項目和國家自然科學基金委項目的資助。

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圖：MED31-SCR-SHR三元複合體調控幹細胞不對稱分裂的作用模式 

　　多細胞生物的器官發生和生長發育依賴於幹細胞的不對稱分裂。與動物幹細胞類似，植物幹細胞的不對稱分裂和特性維持通常由少數幾個核心轉錄因子控制。因此，核心轉錄因子如何與RNA聚合酶II通用轉錄機器「密切溝通」從而實現對靶標基因時空特異性表達的精確控制是發育生物學領域的一個重大問題。
　　在模式植物擬南芥中，幹細胞組織中心及其周圍的幹細胞共同構成了根尖幹細胞微環境。其中的皮層/內皮層幹細胞通過不對稱分裂產生皮層和內皮層兩層細胞，它們共同被稱為根基本組織。已有的研究表明，核心轉錄因子SHORT ROOT (SHR)和SCARECROW (SCR)在皮層/內皮層幹細胞的不對稱分裂及根基本組織模式建成中起至關重要的作用。然而，人們尚不清楚SHR-SCR如何與通用轉錄機器密切溝通，從而精確控制靶標基因的時空特異性表達。
　　中國科學院遺傳與發育生物學研究所李傳友研究組的研究表明，在進化上高度保守的轉錄中介體亞基MED31通過控制SHR-SCR介導的時空特異性轉錄輸出而調控幹細胞的不對稱分裂。他們的研究發現，MED31與SCR直接相互作用而不與SHR直接互作。MED31、SCR和SHR通過形成動態三元複合體而控制靶標基因的時空特異性表達。MED31和SHR以濃度依賴的方式競爭結合SCR，從而調控MED31-SCR-SHR三元複合體的動態形成。高濃度的SHR幹擾SCR結合MED31；當SHR處於合適濃度時，SCR可以結合MED31，從而連接RNA聚合酶II通用轉錄機器，啟動下遊靶基因轉錄。該研究成果表明，MED31和SCR的動態相互作用控制著SHR-SCR複合體的轉錄輸出，進而決定了幹細胞的不對稱分裂。
　　這一突破性研究揭示了轉錄中介體在「溝通」轉錄因子和通用轉錄機器中的作用方式。該研究於5月29日在《美國國家科學院院刊》（PNAS）雜誌上發表(DOI:10.1073/pnas.1800592115)。李傳友研究組的博士研究生張瀟月、周文焜和山東農業大學教授陳謙是該論文的共同第一作者。該研究得到科技部重大科學研究計劃項目和國家自然科學基金委項目的資助。
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圖：MED31-SCR-SHR三元複合體調控幹細胞不對稱分裂的作用模式 

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