裴端卿教授JBC最新研究成果

　　

生物通报道：近日，中科院生物医药与健康研究院裴端卿教授带领的一项研究，解释了为什么失活细胞周期抑制剂能促进重编程，表明细胞周期蛋白依赖性激酶Cdk介导的Sox2磷酸化作用，调控着多能性的建立。相关研究结果发表在七月二日的国际著名学术期刊《Journal of Biological Chemistry》。中科院广州生物医药与健康研究院院长裴端卿研究员，是本文通讯作者。第一作者是清华大学生命科学学院、中科院生物医药与健康研究院的欧阳娟（Juan Ouyang）。

胚胎干细胞（ESCs）能够分化为成人体内各种类型的细胞。它们一直都被认为是治疗各种人类退行性疾病的细胞资源。特别是，患者特异性的诱导多能干细胞（iPSCs），由于不存在免疫排斥反应，对于治疗人类疾病显示出巨大的潜力。此外，人类ESCs和iPSCs也成为理解人类生物学和疾病机制的重要工具，可用于开发更有效的药物治疗多种人类疾病。虽然我们在理解ESC自我更新和细胞重编程的分子机制方面，已经取得了很大进步，但是还有许多重要的生物学问题有待于解决。更好地了解这些机制，将提高我们利用多能ESCs和iPSCs治疗人类疾病的能力。延伸阅读：科学家发现全新iPS细胞诱导因子。

Sox2是调节哺乳动物胚胎发育的必要因子之一，也是维持胚胎干细胞和成体干细胞自我更新以及多能性的必要条件。虽然以前的研究已经表明，Sox2在人类胚胎干细胞中是磷酸化的，但是Sox2磷酸化在ESC维持和重编程中的生物学意义尚不明确。

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在这项研究中，该研究小组确定了Sox2新的磷酸化位点，并进一步表明，细胞周期蛋白依赖性激酶Cdk2介导的SOX2在S39和S253的磷酸化作用，是重编程过程中建立多能性状态所必需的，但是对于ESC的维持是可有可无的。通过对纯化的Sox2蛋白进行质谱测定法分析，研究人员确定了两个酪氨酸和六个丝氨酸/苏氨酸残基上的新磷酸化位点。

在体外，Cdk2可与Sox2相互作用，并使S39和S253上的Sox2发生磷酸化。令人惊讶的是，Sox2在S39和S253上的磷酸化作用，对于ESC自我更新和细胞周期的进展，是可有可无的。此外，Sox2磷酸化，通过与Oct4和Klf4共同作用，可增强其在重编程期间建立多能性状态的能力。

最后，研究人员发现，CDK2也可以调节Oct4、Sox2和Klf4将成纤维细胞重编程为多能干细胞的能力。因此，本研究首次证实，通过Cdk蛋白的Sox2磷酸化，可促进多能性状态的建立，而不是维持。这项研究也可能有助于解释“为什么CDK抑制剂（如p53、p21和ARF / INK4）失活，能够促进多能干细胞的诱导”。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Cyclin-Dependent Kinase-Mediated Sox2 Phosphorylation Enhances the Ability of Sox2 to Establish the Pluripotent State
Abstract: Sox2 is a key factor in maintaining self-renewal of embryonic stem cells (ESCs) and adult stem cells as well as in reprogramming differentiated cells back into pluripotent or multipotent stem cells. Although previous studies have shown that Sox2 is phosphorylated in human ESCs, the biological significance of Sox2 phosphorylation in ESC maintenance and reprogramming has not been well understood. In this study, we have identified new phosphorylation sites on Sox2, and have further demonstrated that Cdk-mediated Sox2 phosphorylation at S39 and S253 is required for establishing the pluripotent state during reprogramming but is dispensable for ESC maintenance. Mass-spectrometry analysis of purified Sox2 protein has identified new phosphorylation sites on two Tyrosine and six Serine/Threonine residues. Cdk2 physically interacts with Sox2 and phosphorylates Sox2 at S39 and S253 in vitro. Surprisingly, Sox2 phosphorylation at S39 and S253 is dispensable for ESC self-renewal and cell cycle progression. In addition, Sox2 phosphorylation enhances its ability to establish the pluripotent state during reprogramming by working with Oct4 and Klf4. Finally, Cdk2 can also modulate the ability of Oct4, Sox2 and Klf4 in reprogramming fibroblasts back into pluripotent stem cells. Therefore, this study has, for the first time, demonstrated that Sox2 phosphorylation by Cdk proteins promotes the establishment, but not the maintenance, of the pluripotent state. It might also help explain why the inactivation of CDK inhibitors, such as p53, p21 and Arf/Ink4, promotes the induction of pluripotent stem cells.