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Cell Reports | 陈捷凯团队发现H3K9甲基化酶SETDB1限制多能性向全能性转换
发布时间:2020-01-08

北京时间1月8日凌晨,广州再生医学与健康广东省实验室与中国科学院广州生物医药与健康研究院陈捷凯课题组合作在Cell系列子刊Cell Reports上发表了题为“SETDB1-mediated Cell Fate Transition Between 2C-like and Pluripotent States”的研究论文。该研究首次发现H3K9甲基化酶SETDB1在全能性重编程中的作用,其敲除可促进多能性向全能性转换,且Setdb1敲除在2iL ground state 条件下可通过激活程序性坏死通路necroptosis从而引起胚胎干细胞细胞死亡。该研究结果表明Setdb1介导的H3K9甲基化对多能性建立以及胚胎干细胞存活的重要作用,进一步强调了SETDB1在早期胚胎发育过程中的重要地位。



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H3K9甲基化酶SETDB1的缺失可使小鼠胚胎在E3.5-5.5天致死,且不能从其ICM中分离得到mES细胞。在mESC中SETDB1缺失可导致其多能性丧失且可向滋养外胚层方向分化。一般来说,从ICM分离得到的mESC多能性并不具备向滋养外胚层分化的能力, ChIP-seq结果也表明滋养外胚层相关基因并无明显的SETDB1或H3K9me3的富集。那么,SETDB1缺失导致滋养外胚层基因激活的原因仍需进一步回答。

陈捷凯课题组通过对Setdb1敲除mESC的RNA-seq结果进行分析发现Setdb1敲除的mESC大量激活2C以及ZGA时期特异表达基因,表明其可能被重编程至2C-like state,一种具有胚内胚外分化潜能的全能性状态。之前一些研究表示Setdb1敲降并不能引起2C-like转换,该研究进一步发现Setdb1缺失导致2C-like转换是剂量依赖的,进而统一了前后研究结果。进一步ChIP-seq以及Dux敲除实验表明,Setdb1缺失介导的多能性到全能性转换是Dux激活依赖的,在Dux敲除情况下Setdb1缺失并不能激活滋养外胚层基因。这表明mESC中Setdb1缺失激活滋养外胚层基因是由于其重编程至2C-like state后的次级反应。另外研究发现ground state抑制Setdb1介导的2C-like转换以及滋养外胚层基因的激活是由于其多能性基因不能被降解, 多能性基因Nanog过表达同样可抑制2C-like的转换。


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程序性坏死necroptosis是一种不同于凋亡和传统坏死的细胞程序性死亡方式,RIPK1和RIPK3的激活是启动necroptosis的两个关键蛋白。Setdb1缺失mESC多能性不能维持且分化,但在2iL ground state条件下,Setdb1敲除的mESC多能性维持细胞却依然不能存活。进一步研究发现,在2iL条件下Setdb1敲除通过激活RIPK3从而激活necroptosis引发细胞死亡,表明Setdb1对细胞存活也有调控作用。

本研究揭示了SETDB1介导的H3K9甲基化主要通过抑制Dux在多能性到全能性转换中的限制作用,以及其敲除可通过激活RIPK3形成RIPK1/RIPK3坏死小体而引发程序性坏死。该研究开拓了以Setdb1为中心的表观遗传调控在细胞命运转换的作用,以及为Setdb1作为早期胚胎发育缺陷中的潜在治疗靶点提供了新思路。


原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.12.010


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