CHD7基因调控人胚胎干细胞向定形内胚层和中胚层发育的机制研究及其在CHARGE综合征中的意义

研究人员针对CHARGE综合征（由CHD7基因突变引起）的多系统发育缺陷机制，利用CRISPR/Cas9技术构建CHD7基因敲除的人胚胎干细胞（hESCs）模型，通过RNA-seq和ATAC-seq分析发现CHD7通过调控染色质可及性和基因表达（如锌指蛋白ZNFs和lincRNA基因）影响定形内胚层（DE）和中胚层发育，为CHARGE综合征的器官发育异常提供了新机制。

　　

CHARGE综合征是一种罕见的复杂遗传疾病，表现为眼缺损、心脏畸形、后鼻孔闭锁等多系统发育异常，其致病基因CHD7编码的染色质重塑因子在胚胎发育中起关键作用。然而，CHD7突变如何导致胸腺发育不良等免疫缺陷及其他器官异常仍不清楚。胸腺上皮细胞（TECs）作为T细胞发育的微环境核心，起源于定形内胚层（DE），但CHD7是否通过影响DE发育进而导致胸腺异常尚无定论。

为解决这一问题，来自中国的研究团队在《Stem Cell Research》发表研究，利用CRISPR/Cas9技术构建CHD7基因敲除（CHD7^-/-
）、杂合突变（CHD7^+/-
）及野生型（CHD7^+/+
）的人胚胎干细胞（hESCs）模型，通过体外定向分化、RNA测序（RNA-seq）和转座酶可及染色质测序（ATAC-seq）等技术，系统揭示了CHD7在DE和中胚层发育中的剂量依赖性调控机制。

关键技术方法
研究团队首先通过CRISPR/Cas9靶向敲除CHD7外显子3构建基因编辑hESCs，利用免疫荧光和流式细胞术验证细胞多能性及存活率；随后采用商业化试剂盒诱导hESCs分化为DE、中胚层和外胚层，通过qRT-PCR和流式分析分化效率；最后对CXCR4⁺
DE细胞进行RNA-seq和ATAC-seq联合分析，结合IPA（Ingenuity Pathway Analysis）筛选关键通路和靶基因。

研究结果

CHD7缺失不影响hESCs多能性但损害DE分化
CHD7^-/-
和CHD7^+/-
hESCs仍高表达OCT4、NANOG等多能性标志物，但分化为DE时SOX17、FOXA2等标志物表达显著降低（图2A-G），且细胞凋亡增加（图2J-K）。ATAC-seq显示CHD7缺失导致DE细胞中染色质可及性降低，尤其影响增强子区域（图4C）。

CHD7通过染色质重塑调控DE相关基因
RNA-seq与ATAC-seq整合分析发现，CHD7^-/-
DE细胞中40个基因表达和染色质可及性同步下调，包括8个锌指蛋白（ZNFs）和5个长链非编码RNA（lincRNA）基因（表1）。例如ZNF626在CHD7^-/-
细胞中表达和染色质开放程度均呈剂量依赖性下降（图4H）。

CHD7剂量依赖性影响中胚层发育
CHD7缺失导致中胚层标志物NKX2.5和Brachyury表达降低（图5A-B），但对外胚层标志物NESTIN和PAX6无显著影响（图5C-D），提示CHD7特异性调控DE和中胚层谱系。

结论与意义
该研究首次揭示CHD7通过调控染色质可及性（尤其增强子区域）和靶基因（如ZNFs和lincRNA）表达，剂量依赖性影响hESCs向DE和中胚层的分化。其中STAG2等关键基因的功能验证（补充图12）进一步支持了CHD7突变导致器官发育异常的分子机制。这些发现不仅为CHARGE综合征的胸腺发育不良提供了新解释，也为其他CHD7相关疾病（如先天性心脏病）的干预策略提供了理论依据。研究强调染色质重塑因子在谱系分化中的时空特异性调控，为干细胞定向分化技术的优化提供了新靶点。