全基因组CRISPR筛选揭示Menin和SUZ12作为人类发育时序调控的关键表观遗传因子

本研究通过全基因组CRISPR-Cas9筛选，首次鉴定出表观遗传调控因子Menin和SUZ12通过平衡H3K4me3/H3K27me3双价染色质状态，调控人类神经外胚层分化速度。研究人员发现靶向Menin-MLL复合物或PRC2可加速多胚层分化进程，为发育时序调控机制提供了新见解，对干细胞治疗和疾病建模具有重要应用价值。

　　

发育生物学领域长期存在一个核心谜题：为何人类胚胎发育速度显著慢于其他哺乳动物？这种物种特异性时序差异在干细胞分化模型中得以重现，暗示存在细胞内在的"生物钟"机制。然而，调控这一复杂过程的分子开关始终未被系统揭示。

为破解这一难题，Nan Xu等研究团队在《Nature Cell Biology》发表突破性研究。他们创新性地将全基因组CRISPR筛选技术与人类胚胎干细胞(hESC)神经外胚层分化模型相结合，通过PAX6::H2B-GFP报告系统实时监测分化进程。研究首次发现表观遗传调控因子Menin（由MEN1基因编码）和Polycomb抑制复合物2(PRC2)核心组分SUZ12的缺失可显著加速细胞命运决定，这种加速效应跨越外胚层、内胚层和中胚层分化体系，提示其作为发育时序通用调控机制的特殊地位。

研究采用三大关键技术：1）基于PAX6报告系统的全基因组CRISPR-Cas9筛选；2）多组学分析（RNA-seq、ATAC-seq和CUT&RUN）解析表观遗传动态；3）跨胚层验证体系（神经外胚层、定型内胚层和心肌细胞分化）。所有实验均使用H9 hESC细胞系及其衍生工程株，关键发现通过基因敲除和药理学抑制双重验证。

基因组-wide CRISPR筛选鉴定人类神经外胚层分化速度调控因子

研究团队建立PAX6::H2B-GFP iCas9报告系统，通过双SMAD抑制法诱导神经分化。CRISPR筛选发现27个显著影响PAX6表达时序的基因，其中表观调控相关通路（如ATAC、SET1C和MLL复合物）和线粒体代谢通路最为富集。次级验证确认MEN1和SUZ12缺失使PAX6表达提前2-3天。

Menin或SUZ12抑制加速神经外胚层基因表达

转录组分析揭示：MEN1或SUZ12敲除(KO)细胞中，前脑发育相关基因（簇1/4）上调加速，而核糖体相关基因（簇7/8）下调延迟。值得注意的是，这种加速效应主要发生在具有双价染色质特征的发育基因上，且不依赖PAX6自身调控。

Menin和SUZ12维持发育基因的双价性平衡

表观基因组分析显示：MEN1 KO导致802个位点H3K4me3丢失，同时在265个SUZ12结合的双价区域出现H3K4me3异常增益；SUZ12 KO则引起H3K27me3全局擦除和575个位点H3K4me3增加。机制上，Menin直接调控PRC2组分（EZH2/EED）的表达，形成"Menin限制H3K4me3沉积→PRC2维持抑制→双价态平衡"的调控轴。

靶向Menin或SUZ12加速其他谱系和后期发育阶段的分化

在定型内胚层(DE)分化中，MEN1/SUZ12 KO使GATA6/CXCR4表达提前24-48小时；心肌细胞分化时，药物抑制使搏动出现时间从第9天提前至第7天。在神经发生阶段（SOX2⁺→HuC/D⁺），干预组神经元标志物表达显著提前，且双敲除呈现协同效应。

这项研究确立了染色质双价性作为发育时序调控的"分子节拍器"：Menin通过限制H3K4me3在发育基因启动子的沉积，与PRC2介导的H3K27me3抑制形成动态平衡，共同设定人类特有的发育节奏。该发现不仅解释了干细胞模型中重现的物种特异性时序差异，更为再生医学提供了新的干预靶点——通过调节Menin-MLL/PRC2平衡，可能实现体外分化进程的精准控制。值得注意的是，这种调控机制在小鼠上皮干细胞中未完全保守，暗示其可能是人类发育慢速化的关键进化特征。