北京時(shí)間11月22日凌晨，中國科學(xué)院廣州生物醫藥健康研究院的裴端卿課題組、陳捷凱課題組合作在Cell系列子刊《Cell Reports》上以Article形式發(fā)表了題為“Kdm2b Regulates Somatic Reprogramming through Variant PRC1 Complex-Dependent Function”的研究論文，首次揭示KDM2B-PRC1復合物在iPS誘導重編程過(guò)程中的促進(jìn)功能，并發(fā)現BMP信號通過(guò)削弱KDM2B-PRC1復合物在染色質(zhì)上的結合并激活中內胚層基因的調節機制。這項表觀(guān)遺傳方向的基礎研究成果闡述了一個(gè)參與細胞潛能調控的重要蛋白質(zhì)機器的功能，并發(fā)現通過(guò)細胞環(huán)境調控該機器的機制，為未來(lái)誘導特定功能細胞提供了理論依據。 

　　Polycomb Group（PcG）蛋白家族（多梳蛋白家族）是一類(lèi)進(jìn)化上極為保守的轉錄抑制因子，在發(fā)育基因的抑制中起到重要作用，和TrxG復合物（三胸復合物，主要與基因激活有關(guān)）是發(fā)育程序的“總開(kāi)關(guān)”，是大部分高等多細胞生物正常發(fā)育所必須的，也是表觀(guān)遺傳領(lǐng)域的核心研究?jì)热?。PcG主要分為兩個(gè)核心復合物PRC1和PRC2，近年來(lái)發(fā)現高等動(dòng)物中PRC1復合物存在大量可變組分，這些非經(jīng)典的PRC1復合物并不像經(jīng)典PRC1復合物一樣需要識別并通過(guò)H3K27me3招募至染色質(zhì)，同時(shí)也呈現了更多變的轉錄調控現象，這些非經(jīng)典PRC1的功能是PcG領(lǐng)域亟待探索的重要問(wèn)題。

　　在近年來(lái)鑒定的非經(jīng)典PRC1復合物中，KDM2B-PRC1.1復合物由于可以通過(guò)KDM2B的CxxC結構域募集到CpG富集的DNA序列（CGI）而倍受關(guān)注。KDM2B（又名JHDM1B、FBXL10、NDY1）是一個(gè)組蛋白H3K36二甲基化的去甲基化酶，但KDM2B和其同家族的KDM2A相比，除了相同的去甲基化酶活性和CGI結合能力外，還能通過(guò)其C端的LRR結構域結合PCGF1進(jìn)而招募PRC1復合物（該復合物因PCGF1也稱(chēng)為PRC1.1復合物）。這也是PRC1.1復合物目前已知唯一的招募到染色質(zhì)的方法，由于大部分基因、包括幾乎全部發(fā)育相關(guān)的重要基因的啟動(dòng)子區都位于CGI，該位置的表觀(guān)遺傳修飾無(wú)疑對生命活動(dòng)有著(zhù)特殊的意義。因此，KDM2B-PRC1復合物自2012年底發(fā)現以來(lái)就受到廣泛關(guān)注，但由于KDM2B蛋白具有多個(gè)功能結構域，單純敲除或突變CxxC結構域的研究方式并無(wú)法排除其他結構域如去甲基化酶的活性的影響，目前關(guān)于該復合物直接的功能研究還很缺乏。

　　誘導多能干細胞（iPS細胞）是通過(guò)在體細胞中轉入Oct4、Sox2、Klf4等轉錄因子，使體細胞逆轉發(fā)育程序，重編程形成類(lèi)似胚胎干細胞的多能干細胞的過(guò)程。這樣一個(gè)使細胞“返老還童”的方法可以獲得能分化成任意細胞類(lèi)型的“萬(wàn)能細胞”，在個(gè)性化再生治療上有著(zhù)重要的意義。另一方面，由于體細胞重編程涉及到非常劇烈的細胞命運重塑過(guò)程，分化細胞重新恢復分化能力上的多能性，需要在表觀(guān)遺傳水平上抹除原有的分化程序并建立多能性干細胞的自我更新程序，因而是研究細胞命運轉化及表觀(guān)遺傳調控的優(yōu)秀細胞模型。

　　本研究沿繼2012年本實(shí)驗室關(guān)于維生素C可以通過(guò)KDM2A/KDM2B下調組蛋白H3K36me2水平促進(jìn)體細胞誘導為iPS細胞的重編程的重要發(fā)現，使用KDM2A作為對照研究KDM2B-PRC1的功能。研究人員發(fā)現在Oct4介導的iPS誘導過(guò)程中，過(guò)表達Kdm2b相比于過(guò)表達Kdm2a，能更加顯著(zhù)地提升體細胞重編程效率。為確定這一促進(jìn)功能對PRC1招募的依賴(lài)性，研究人員刪除了Kdm2b負責招募PRC1的LRR結構域（KDM2B-ΔLRR），以及對Pcgf1等KDM2B-PRC1復合物關(guān)鍵因子進(jìn)行敲降，這些結果都證明KDM2B對重編程的促進(jìn)作用是依賴(lài)于PRC1的募集的。

　　陳捷凱博士等人在2011年曾報道BMP信號可以顯著(zhù)促進(jìn)Oct4單因子誘導的iPS細胞形成，因此在該研究中，研究人員希望結合BMP信號和KDM2B來(lái)獲得更高效的Oct4單因子重編程，出乎意料的是，兩者同時(shí)使用時(shí)，重編程效率比單獨加其中任何一者都要更低，這提示BMP信號會(huì )對KDM2B-PRC1進(jìn)行調節。研究人員使用KDM2A和KDM2B-ΔLRR作為對照，證明PRC1的招募能力是出現這一抑制因素的原因。進(jìn)一步的ChIP-seq實(shí)驗表明，加入BMP后，KDM2B、H2AK119泛素化在CGI區的水平出現了顯著(zhù)的下降，后續研究表明，BMP下游的Smad1蛋白可以與KDM2B相互作用，并導致KDM2B在染色質(zhì)上的結合能力下降。這種KDM2B-PRC1的結合削弱會(huì )導致顯著(zhù)的中內胚層基因表達，從而改變了細胞的命運走向。

　　本研究發(fā)現了KDM2B-PRC1.1復合物的一個(gè)顯著(zhù)的生物學(xué)功能，可以作為一個(gè)抓手進(jìn)一步深入研究該復合物的生理功能。研究也以一個(gè)意料之外的結果作為契機，首次闡明了BMP信號調控KDM2B-PRC1的機制，進(jìn)一步豐富了信號通路調控細胞命運決定的機制，也為通過(guò)胞外環(huán)境調節細胞表觀(guān)遺傳狀態(tài)提供了新的理論基礎。

　　論文鏈接

廣州生物院首次揭示KDM2B-PRC1在重編程中的功能