干细胞牛人Cell：守住分化的大门

　　

生物通报道：来自剑桥大学Welcome-Trust干细胞研究所等处的研究人员揭示出了胚胎干细胞维持多能性和进行分化的一种博弈机制，指出在从去稳定基态多能性转变为细胞系分化提交的过程中，存在一种细胞内源性作用机制。这一研究成果公布在Cell杂志上，并被作为亮点论文推荐给读者。

领导这一研究的是Welcome Trust干细胞研究所胚胎干细胞专家Austin Smith教授，这位科学家是干细胞研究领域的权威人物，现为英国皇家科学院院士，剑桥大学干细胞研究中心主任，复旦大学名誉教授。他在小鼠胚胎干细胞领域做出一系列杰出的工作，如阐明Oct4在维持胚胎干细胞多能性中的作用；和山中伸弥同时发现Nanog在维持胚胎干细胞多能性中的作用；阐明Lif/Stat3和BMP/Id通路在维持胚胎干细胞多能性中的作用；提出多能性的ground state理论并应用其首次建立大鼠的胚胎干细胞系等。

胚胎干细胞的多能性，也就是它们可以无限自我更新，并分化为人体内所有成熟细胞类型的能力。解析这种细胞如何能维持自我更新和如何进行分化的，是现代生物学的一个重大挑战，如果科学家们能够复制实现多能性的机制，就可能在实验室构建出能够植入人体的细胞，用于治疗以细胞死亡为特征的疾病，例如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和其他退行性疾病等。

目前的研究揭示出了维持小鼠胚胎干细胞自我更新能力的作用因子，但是关于其相对面：如何“逃离”多能性，也就是进行细胞分化的机制了解的还并不多。

在这篇文章中，研究人员通过大规模小分子干扰RNA（RNAi）筛选，发现了两种抑癌因子：卵泡刺激素Folliculin (Flcn)和Tsc2能抑制胚胎干细胞的分化提交。

研究显示，Tsc2位于哺乳动物雷帕霉素靶点（mTOR）的上游，而Flcn则在与其并列的下游行使功能，后者与Fnip1和Fnip2相互作用，通过限制bHLH转录因子Tfe3的细胞核定位以及活性，驱动分化。相反如果激活细胞核中Tfe3，那么胚胎干细胞就会逃离分化。研究人员还进行了全基因组范围内的定位和功能分析，结果发现Tfe3能调控Esrrb的转录，从而直接整合到多能性调控环路中去。

这些研究结果表明，在从去稳定基态多能性转变为细胞系分化提交的过程中，存在一种细胞内源性作用机制，并且Tfe3阶段特异性亚细胞重定位，则表明Flcn-Fnip1/2有助于体内多能性外胚层的发育。

同期Cell杂志上，来自新加坡A*STAR医学生物研究所的Ray Dunn研究员点评了这项成果，他指出，“目前已经揭示了部分维持多能性的基因网络，而这项研究解析了遗传‘开关’如何拨向分化那一头的，这其中涉及到了一些未曾预料到的作用因子……”。

（生物通：张迪）

原文摘要：

Exit from Pluripotency Is Gated by Intracellular Redistribution of the bHLH Transcription Factor Tfe3

Factors that sustain self-renewal of mouse embryonic stem cells (ESCs) are well described. In contrast, the machinery regulating exit from pluripotency is ill defined. In a large-scale small interfering RNA (siRNA) screen, we found that knockdown of the tumor suppressors Folliculin (Flcn) and Tsc2 prevent ESC commitment. Tsc2 lies upstream of mammalian target of rapamycin (mTOR), whereas Flcn acts downstream and in parallel. Flcn with its interaction partners Fnip1 and Fnip2 drives differentiation by restricting nuclear localization and activity of the bHLH transcription factor Tfe3. Conversely, enforced nuclear Tfe3 enables ESCs to withstand differentiation conditions. Genome-wide location and functional analyses showed that Tfe3 directly integrates into the pluripotency circuitry through transcriptional regulation of Esrrb. These findings identify a cell-intrinsic rheostat for destabilizing ground-state pluripotency to allow lineage commitment. Congruently, stage-specific subcellular relocalization of Tfe3 suggests that Flcn-Fnip1/2 contributes to developmental progression of the pluripotent epiblast in vivo.