广州生物院等解析lncRNA在重编程中的作用

【字体: 时间:2014年12月18日 来源:生物通

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  2014年12月16日,中科院广州生物医药与健康研究院、山东大学、南方医科大学、伯明翰大学和香港大学等处的研究人员,在国际著名学术期刊《Cell Research》发表了一项最新研究成果。这项研究对于lncRNAs在重编程中的作用提供了独特见解,并在p53和异染色质之间建立了一种新的联系。

  

生物通报道:2014年12月16日,中科院广州生物医药与健康研究院、山东大学、南方医科大学、伯明翰大学和香港大学等处的研究人员,在国际著名学术期刊《Cell Research》发表了一项最新研究成果,题为“The p53-induced lincRNA-p21 derails somatic cell reprogramming by sustaining H3K9me3 and CpG methylation at pluripotency gene promoters”。这项研究对于lncRNAs在重编程中的作用提供了独特见解,并在p53和异染色质之间建立了一种新的联系。

本文通讯作者分别为中科院广州生物医药与健康研究院的西班牙裔研究员Miguel A. Esteban和副研究员鲍习琛博士。Miguel A. Esteban博士毕业于西班牙马德里自治大学,曾经在纳瓦拉大学、伦敦帝国学院等机构从事研究工作,2007年12月加入广州生物医药与健康研究院,从事肿瘤干细胞研究,研究结果多次发表在Cell stem cell、JBC、Nature Genetics、Human Molecular genetic等国际权威期刊。鲍习琛博士2011年获中国科技大学生化与分子生物学博士学位,从2011年起先后为广州生物医药与健康研究院助理研究员、副研究员,主要从事非编码RNA在诱导多能干细胞发生中的功能研究,曾在JBC、Current Opinion in Cell Biology、Nucleic Acid Research等著名期刊发表学术论文。

诱导多能干细胞(iPSCs)对于再生医学、体外疾病模型和毒理学筛选有重要影响。然而,要达到这些预期,我们有必要了解重编程机制如何消除和重写体细胞表观遗传学编码。这很重要,因为重编程很容易出错,这可能会阻碍衍生细胞的生物医学应用。

现在,通过外生因素的重编程,被认为是一个多步骤的过程,在此过程中细胞必须克服一系列的障碍,最终才能获得多能性,但是在某种情况下它可能也是确定性的。两个基本的重编程障碍是:p53介导的反应,可促进细胞凋亡和细胞衰老;先存的体细胞样表观遗传标记的去除效率低下。因此,p53或H3K9甲基转移酶Setdb1、Suv39h1和Suv39h2的损耗,以及DNA甲基转移酶DNMT1的抑制,可提高重编程的效率。

非编码RNA在不同重编程障碍的构建或删除过程中,发挥着重要的作用。然而,尽管microRNA (miRNA)网络在重编程中的广泛表征,目前已知只有2个长非编码RNAs (lncRNAs)可调节这一过程。LncRNAs是不超过200个核苷酸的非编码RNA种类,充当诱饵、指南或支架的作用。LincRNA-RoR是第一个与重编程有关的lncRNA。相反,lincRNA TUNA与Nanog、Sox2和Fgf4启动子区的几个RNA结合蛋白,形成了一种复合物,在那里它有利于活性组蛋白标记H3K4me3的沉积。

在这项研究中,通过表达谱和功能筛选,研究人员确定,大的基因间非编码RNA p21(lincRNA-p21)可损害重编程。值得注意的是,lincRNA-p21是由p53诱导,但是并不促进重编程中的细胞凋亡或细胞衰老。相反,lincRNA-p21与H3K9甲基转移酶SETDB1和DNA甲基转移酶DNMT1有关,这是由RNA结合蛋白HNRNPK促进的。因此,lincRNA-p21可通过维持多能性基因启动子的H3K9me3和/或CpG甲基化,阻止重编程。

在这篇论文成稿过程中,Dimitrova等人利用一种基因删除方法证明,lincRNA-p21也顺式作用以诱导p21表达并减少MEF增殖。与我们的研究工作相反,敲除掉MEFs的lincRNA-p21 之后,Huarte等人并没有检测p21表达的任何减少。Dimitrova等人还推测,lincRNA-p21可通过增加p21,阻断MEFs的OSKM重编程,但是他们并没有在此设置中量化细胞增殖。这种差异的一个可能解释是,lincRNA-p21的完全抑制,是解除p21所必需的。还需要进一步的实验来澄清这一问题,有可能lincRNA-p21是通过多种机制来调节重编程的。

总之,这项研究可以指导其他研究人员调查lncRNA在重编程中的作用,也指出了p53、HNRNPK和lincRNA-p21调节基因表达的一种新机制。未来的研究工作将进一步探讨,重编程过程中lincRNA所控制的网络,这将与迄今为止所确定的障碍形成新的联系。

(生物通:王英)

延伸阅读:PNAS:lncRNA可作为白血病预后标志物

生物通推荐原文摘要:
The p53-induced lincRNA-p21 derails somatic cell reprogramming by sustaining H3K9me3 and CpG methylation at pluripotency gene promoters
Abstract: Recent studies have boosted our understanding of long noncoding RNAs (lncRNAs) in numerous biological processes, but few have examined their roles in somatic cell reprogramming. Through expression profiling and functional screening, we have identified that the large intergenic noncoding RNA p21 (lincRNA-p21) impairs reprogramming. Notably, lincRNA-p21 is induced by p53 but does not promote apoptosis or cell senescence in reprogramming. Instead, lincRNA-p21 associates with the H3K9 methyltransferase SETDB1 and the maintenance DNA methyltransferase DNMT1, which is facilitated by the RNA-binding protein HNRNPK. Consequently, lincRNA-p21 prevents reprogramming by sustaining H3K9me3 and/or CpG methylation at pluripotency gene promoters. Our results provide insight into the role of lncRNAs in reprogramming and establish a novel link between p53 and heterochromatin regulation.

 

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