LIN28介导的基因调控环路在器官发生过程中同步调控各种转变

《Biochemistry and Biophysics Reports》：LIN28-mediated gene regulatory loops synchronize transitions throughout organogenesis

研究揭示异时性基因调控网络中Lin28-RBPs通过正反馈环调控B-catenin、Sox2、Sox9等发育相关转录因子表达，驱动肺上皮细胞增殖与形态发生。发现非翻译区序列（5'UTR和3'UTR）的G-四联体结构差异影响mRNA稳定性，并证实异时性调控机制在器官发生中的时空特异性作用。

　　在这项研究中，科学家们探讨了Lin28蛋白及其相关调控因子在胚胎发育过程中如何影响干细胞和前体细胞的增殖与分化之间的间隔调控。他们发现，Lin28蛋白和Let-7微小RNA构成了异时性调控基因网络的一部分，这些基因在从线虫到哺乳动物的多种生物中具有进化上的保守性。通过在小鼠模型中进行基因敲除实验，并结合人类细胞系中的荧光素酶报告系统筛选，研究者揭示了Lin28-RBP（RNA结合蛋白）和关键发育转录因子如B-Catenin、Sox2和Sox9之间存在正向的反馈和前馈调控机制。

研究者们首先关注了Lin28A和Lin28B基因的调控机制。他们发现，在人类胚胎发育过程中，这些基因的启动子和增强子区域具有高度的保守性，并且在不同物种之间保持了相似的结构。通过荧光素酶报告系统，研究人员发现多个发育相关转录因子，包括Oct4、Sox2、Klf4、Nanog、Myc、Myb、Mycn以及B-Catenin，均能够以不同的程度激活Lin28A和Lin28B的表达。这表明这些基因的调控机制在多种组织中具有普遍性，但具体调控方式可能因组织类型而异。

进一步的实验表明，Lin28a/b在肺部发育中具有重要的作用。当它们在肺上皮中被敲除时，会导致肺分支形成延迟，进而影响肺的大小和复杂度。这与之前的研究结果一致，即Lin28a/b能够通过结合特定mRNA来增强其稳定性并促进翻译，从而调控Sox2、Sox9和Etv5等基因的表达。值得注意的是，这些效应并非依赖于Let-7微小RNA的调控，而是通过其他机制实现的。

此外，研究者还探讨了Lin28a/b在神经系统发育中的作用。在神经前体细胞中，Lin28a/b的缺失会导致神经管闭合障碍、脑容量减少以及神经胶质细胞的过早分化。这表明Lin28a/b不仅在肺部，还在神经系统的发育过程中扮演着重要角色。研究团队通过神经球实验验证了这一发现，发现Lin28a/b的缺失会影响神经元的轴突生长和分支形成，从而影响神经网络的复杂性。

研究还揭示了Lin28a/b在发育过程中的作用不仅仅是调控mRNA的翻译，还涉及调控其自身表达的正向反馈机制。例如，B-Catenin、Sox2和Sox9等转录因子能够通过激活Lin28A和Lin28B的启动子和增强子区域，促进其表达。这种调控方式在肺部发育中尤为显著，因为这些基因的表达模式与肺的分化和组织形成密切相关。同时，研究者们还发现，这些基因的表达在不同发育阶段具有时间上的差异性，这提示了其在组织形成过程中的动态调控机制。

在研究过程中，科学家们采用了多种实验方法，包括基因表达分析、荧光素酶报告系统、RNA测序和蛋白质组学分析等。通过这些方法，他们不仅验证了Lin28a/b与多种发育相关基因之间的调控关系，还发现了在肺部和神经系统中，这些基因的调控模式存在差异。例如，在肺部，Lin28a/b的缺失会导致B-Catenin和Sox9的表达下降，而在神经系统中，其缺失则主要影响Sox2和Sox9的表达，以及相关的神经元发育基因。

研究团队还利用生物信息学工具对基因序列进行了分析，特别是关注了G-四联体（G-quartet）结构在mRNA中的分布情况。G-四联体是由四个连续的鸟嘌呤（G）组成的三维结构，这些结构在mRNA中可能具有调控作用。研究发现，Lin28a/b能够通过与G-四联体结合，影响mRNA的稳定性、剪接和翻译效率。这一发现对于理解异时性调控的分子机制具有重要意义，也为未来的精准医学研究提供了新的视角。

总的来说，这项研究不仅揭示了Lin28a/b在胚胎发育中的重要性，还展示了它们如何通过复杂的调控网络影响多个组织的形成和功能。研究者们发现，这些基因的表达和调控机制在不同组织中存在差异，但都遵循一定的规律。例如，在肺部，它们主要通过调控Sox2和Sox9等基因的表达来影响分支形成；而在神经系统中，则通过影响神经前体细胞的分化和增殖来调控神经网络的发育。这些发现为理解异时性调控在发育生物学中的作用提供了新的线索，并为相关疾病的治疗策略提供了潜在的方向。