华东师大等Cell子刊发表干细胞新成果

　　

生物通报道：最近，华东师范大学、美国国立卫生研究院、宾州州立大学医学院和加州大学洛杉矶分校等处的研究人员在Cell期刊旗下的《Stem Cell Reports》杂志在线发表了一项最新研究成果“Transcriptional Repression by the BRG1-SWI/SNF Complex Affects the Pluripotency of Human Embryonic Stem Cells”，该研究对转录抑制影响hESCs自我更新和分化的分子机制，提供了有价值的见解。

本研究通讯作者为华东师范大学生命医学研究所博士生导师王媛，其1993年获山东医科大学医学学士学位，1996年获中国预防医学科学院医学硕士学位，2002年获美国波士顿大学分子与细胞生物学及生化学博士学位，2002年到2008年先后在美国麻省理工大学、哈佛大学医学院及国立环境卫生研究院做博士后研究。主要致力于胚胎干细胞表观遗传学以及胚胎器官发育机制的研究，已在国际核心期刊发表论文10余篇，包括Nature，PNAS，Blood等一流期刊，其研究论文他引达200多次。2008年受聘为华东师范大学教授。2009年3月回华东师范大学生命医学研究所担任生物医学教授、博士生导师，并成立了干细胞生物学实验室。回国9个月后已主持干细胞生物学领域973重大发展研究计划子课题1项，国家自然科学基金面上项目1项，并获上海市教委科研创新项目资助。

胚胎干细胞（ESCs）最初来源于内细胞团。它们是多能性细胞，能够自我更新并分化成多种类型的细胞。小鼠ESCs（mESCs）具有一个独特的染色质总体结构，特点是高动力性的可塑性和二价结构域，由谱系特异性基因启动子区域中的活性H3K4me3和抑制H3K27me3标记。在人类ESCs（hESCs）中，H3K4me1、H3K27ac和p300标记的染色质位点，最近被确定为可驱动基因表达的活性增强子。从自我更新到分化的转换，需要多个表观遗传学因子的参与，包括染色质调节、非编码RNA和组蛋白修饰。

其中一个因子——SWI/SNF，是一个大的染色质重构复合物，仅仅包含BRG1或BRM作为催化ATP酶亚基，可驱动DNA核小体结构的改变，从而调节基因转录。先前的研究表明，删除BRG1或SWI/SNF复合体的核心亚基，例如BAF155和BAF47，可引起围植入杀伤力，表明SWI/SNF复合物是体外保持全能性所必需的。

此外，SWI/SNF组件不足也影响各种类型细胞的发展潜力（例如神经元细胞、造血干细胞和生殖细胞），支持这一概念：SWI/SNF复合物在组织发育过程中起着重要的作用。最近，一系列的研究报告表明，SWI/SNF复合物也在mESCs的全能性中起着很重要的作用。BRG1、BAF155或BAF250a/b不足会使ESCs增殖并分化成三个胚层的能力受损。染色质免疫沉淀结合DNA测序（ChIP-seq）表明，BRG1与核心多能性因子（OCT4和SOX2）在靶基因的大量位点上共定位，以调控它们的规格。此外，BRG1还可以通过改变H3K27me3水平，反对polycomb (PcG)功能，从而加强mESCs中的LIF/STAT3信号。

哺乳动物的SWI/SNF复合物包含15个核心亚基，称为BRG1-或BRM相关因子（BAFs）。已知BAF组件的不同装配与它们的组织特异性功能有关。例如，BAF60c，而不是BAF60b蛋白，在胚胎心脏中选择性地表达，其不足可导致有缺陷的心脏发育和交配后10-11天的胚胎致死率。在mESCs中，BRG1 (而非BRM)和BAF155 (而非BAF170)富含BAF60a，来形成所谓的“esBAF”复合物。无论是BRG1还是BAF155不足，都会导致mESCs多能性的丧失，这种丧失不能由BAF170过表达得以缓解。因此，BAF的特定组成，对于其在mESCs中的功能至关重要。

虽然hESCs和mESCs具有许多共同的核心多能性相关转录因子和细胞特征，但hESCs在其克隆形态、细胞增倍时间、对信号分子的反应和自我更新所需的培养条件上，仍然存在差异。这可能部分归因于不同的发展阶段，也可能由于一种固有的人鼠分歧。到目前为止，只有少数基因已被确定为在hESCs和mESCs中共有高度保守的作用。SWI/SNF复合物在hESCs中所发挥的确切作用尚不清楚。因此，这项研究试图探究SWI/SNF复合物在hESC多能性中的功能相关性。

结果表明，敲除BRG1或 BAF170，而不是BAF155，会导致hESCs多能性的丧失和失调的谱系规格。全基因组阵列显示，BRG1不足会引起一般的基因表达上调，表明BRG1在hESCs的转录调控中起抑制作用。

进一步的分析表明，BRG1敲除后，谱系特异性基因的H3K27ac水平显著升高，突出显示了H3K27ac可作为一个重要的标记，来区分hESCs中活性基因位点和抑制性基因位点。因此，这项研究对转录抑制影响hESCs自我更新和分化的分子机制，提供了有价值的见解。

（生物通：王英）

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生物通推荐原文摘要：
Transcriptional Repression by the BRG1-SWI/SNF Complex Affects the Pluripotency of Human Embryonic Stem Cells
Summary：The SWI/SNF complex plays an important role in mouse embryonic stem cells (mESCs), but it remains to be determined whether this complex is required for the pluripotency of human ESCs (hESCs). Using RNAi, we demonstrated that depletion of BRG1, the catalytic subunit of the SWI/SNF complex, led to impaired self-renewing ability and dysregulated lineage specification of hESCs. A unique composition of the BRG1-SWI/SNF complex in hESCs was further defined by the presence of BRG1, BAF250A, BAF170, BAF155, BAF53A, and BAF47. Genome-wide expression analyses revealed that BRG1 participated in a broad range of biological processes in hESCs through pathways different from those in mESCs. In addition, chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-seq) demonstrated that BRG1 played a repressive role in transcriptional regulation by modulating the acetylation levels of H3K27 at the enhancers of lineagespecific genes. Our data thus provide valuable insights into molecular mechanisms by which transcriptional repression affects the self-renewal and differentiation of hESCs.