健康所最新JBC文章

　　

生物通报道：来自SIBS的消息，中科院健康研究所的研究人员首次发现了Tbx3在调控ES细胞命运上具有双重功能，即不仅维持了ES细胞的自我更新，而且维持了ES细胞向原始内胚层方向分化的能力。这一研究成果公布在国际学术期刊《The Journal of Biological Chemistry》上。

领导这一研究的是中国科学院干细胞生物学重点实验室金颖研究员，其早年毕业于中国医科大学，在获得北京协和医科大学/中国医学科学院的博士学位后远赴美国求学，曾在美国北德克萨斯州大学医学中心和德克萨斯大学西南医学中心进行博士后研究工作，2000年回国。生物通曾就其研究成果进行详细的报道，请见：专访金颖研究组：探究干细胞分化的奥秘 。

胚胎干细胞(embryonic stem, ES)来源于着床前胚胎囊胚时期的内细胞团，在体外可以无限扩增，并具有分化为各种成熟的体细胞的能力，这些特性使胚胎干细胞无论在基础研究还是在临床应用上，都具有非常重要的价值。近年来，由体细胞重编程所得的诱导性多能干(induced pluripotent stem，iPS)细胞的建立进一步拉近了ES细胞和临床疾病治疗的距离。同时，深入了解ES细胞的自我更新调控和分化潜能维持的分子机制，也成为科学家们共同关注的焦点之一。

近年来的研究发现：Tbx3是一个维持ES细胞自我更新的重要转录因子，同时Tbx3也可以提高iPS细胞的质量。在这篇文章中，在金颖研究员的指导下，干细胞研究组博士研究生卢锐等对Tbx3的功能进行了进一步的探索。研究发现，下调小鼠ES细胞中Tbx3的表达水平，不仅使ES细胞的自我更新能力下降，同时也导致原始内胚层标志基因的表达水平下降。通过类胚体分化以及体外定向分化的方法，发现下调Tbx3的表达阻碍了原始内胚层的分化过程。与之相对应的是，在ES细胞中过表达Tbx3则引起原始内胚层样的分化。进一步的研究和分析表明：Tbx3直接结合在原始内胚层分化的关键调控蛋白Gata6基因的启动子上，并激活该基因的表达，这一过程也伴随着Gata6启动子上转录抑制复合物2(PRC2)的减少和H3K27me3修饰水平的降低。

该项研究首次发现了Tbx3在调控ES细胞命运上具有双重功能，即不仅维持了ES细胞的自我更新，而且维持了ES细胞向原始内胚层方向分化的能力。这一研究成果为全面认识胚胎干细胞全能性转录因子的功能提供了新的视角。这一项工作得到了国家自然科学基金、国家高技术研究发展计划、上海市科技启明星计划和上海市重点学科建设项目的资助。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Dual functions of T-box 3 (Tbx3) in the control of self-renewal and extraembryonic endoderm differentiation in mouse embryonic stem cells

Embryonic stem cells (ESCs) possess the capacity to proliferate indefinitely in an undifferentiated state and to differentiate into various cell types in an organism. However, the critical question of how self-renewal and differentiation are precisely regulated in ESCs is not entirely understood at present. Here, we report the essential role of Tbx3, a pluripotency-related transcription factor of the T-box gene family, for both the maintenance of self-renewal of mouse ESCs and for their differentiation into extraembryonic endoderm (ExEn). We show that Tbx3 is highly expressed in ExEn cells, in addition to undifferentiated ESCs. Knockdown of Tbx3 expression using tetracycline-regulated Tbx3 siRNA resulted in the attenuation of ESC self-renewal ability and aberrant differentiation processes, including reduced ExEn differentiation, but enhanced ectoderm and trophectoderm differentiation. Conversely, inducible forced expression of Tbx3 triggered ExEn lineage commitment. Mechanistically, Tbx3 directly activated the expression of Gata6, an essential regulator of ExEn. Interestingly, Tbx3 modulated H3K27me3 modification and the association of the PRC2 complex with the promoter region of Gata6. Taken together, the results of this study revealed a previously unappreciated role of a pluripotency factor in ExEn differentiation. Additionally, our data reveal that Tbx3 may function through direct binding and epigenetic modification of histones on the Gata6 promoter to maintain the ExEn differentiation potential of ESCs.

作者简介：

金颖

学习经历
1978-1983 中国医科大学医学学士
1983-1988 北京协和医科大学/中国医学科学院基础医学研究所理学博士
1988-1994 美国北德克萨斯州大学医学中心博士后
1994-1999 美国德克萨斯大学西南医学中心博士后

工作简历
2000-至今 上海交通大学医学院基础医学院研究员、分子发育生物学研究室主任
2001-至今 健康科学研究所干细胞研究课题组组长
2006-至今 中国科学院干细胞生物学重点实验室主任


主要成果
1. 金颖研究组于2006年成功建立了第一株人的ES细胞系，并对所建立的人ES细胞的印迹基因表达进行研究（Human Molecular Genetics, 2006）。继续优化人ES细胞建系条件，又建立了多株人的ES细胞系。其中2株人ES细胞系参加了国际百株人ES细胞系的系统研究项目。还在无动物成分条件下，建立更加适合临床应用的人ES细胞系。此外，建立了多株正常受精胚胎和孤雌激活胚胎来源的小鼠ES细胞系，及大鼠ES细胞样细胞（Cell Research，2007；Cell Research，2009）。

2. 在探索优化建立诱导性多能干细胞技术体系方面取得了新进展。其中包括：（1）利用孕妇产前诊断的羊水细胞高效快速地建立了人诱导多能干细胞（Human Molecular Genetics，2009），（2）以人的成纤维细胞为滋养层，诱导小鼠神经祖细胞重新编程为iPS细胞（PloS ONE，2009）。

3. 该课题组集中对ES细胞自我更新调控中起重要作用的细胞核内转录因子，如Oct4，Sox2和Nanog，进行了研究。在国际上首先发现Oct-4蛋白质可以被泛素修饰，证明新发现的蛋白质Wwp2为Oct-4泛素化修饰的特异性泛素连接酶。接着，证明了WWP2介导OCT4 的泛素化修饰和启动OCT4的降解（Cell Research，2009）。Cell Research杂志对该研究结果进行了评述。此外，对Wwp2介导Oct4泛素化修饰的分子机制进行了详尽的研究（Cell Research，2009）。在对Wwp2的不断深入研究中，发现Wwp2还能调节RNA合成酶II大亚基（Molecular and Cellular Biology，2007）。另外，证明Oct-4蛋白质表达水平和转录活性受到翻译后SUMO-1的修饰（FASEB Journal，2007）。这些研究结果为阐明Oct-4表达水平的严密调控提出新的思路。揭示重要共激活因子p300及组蛋白的乙酰化修饰调控ES细胞关键转录因子Nanog的表达，并在ES细胞早期分化事件中的关键作用（The Journal of Biological Chemistry，2009）。在揭示维持ES细胞全能性的机制方面，证明在ES细胞分化过程中，核蛋白PARP1对Sox2的蛋白水平和FGF4转录的动态调控是必需的。该研究结果在The Journal of Biological Chemistry杂志发表后，被Cell Stem Cell等杂志的文章引用。此外，还在国际上首次提出了核蛋白在ES细胞自我更新和分化中扮演重要角色（Stem Cells，2009）。以上这些原创研究成果为揭示ES细胞自我更新的机制和指导ES细胞体外扩增做出了重要贡献。 2010年金颖研究组取得新的研究成果，分别在PNAS和Developmental Cells等国际高水平学术刊物上发表原创性研究论文。