中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院裴端卿研究組和劉晶研究組通過(guò)生長(cháng)因子和化合物篩選，建立了新型高效的非整合小鼠干細胞始發(fā)態(tài)向原始態(tài)轉變（PNT，Primed-Na？ve Transition）技術(shù)體系，并結合RNA-seq和ATAC-seq等高通量測序技術(shù)，鑒定了調控PNT過(guò)程的新型因子，闡述了調控PNT過(guò)程的新機制。相關(guān)研究5月11日在線(xiàn)發(fā)表在《自然－細胞生物學(xué)》。裴端卿研究員和劉晶研究員為該論文的通訊作者。博士研究生余勝勇和周純華，曹尚濤博士，何江平博士為該論文的共同第一作者。 

　　細胞重編程及命運轉化由精密復雜的信號和表觀(guān)遺傳調控所決定，其分子機理揭示和作用模式建立是細胞生物學(xué)領(lǐng)域亟需解決的核心問(wèn)題。小鼠胚胎多能干細胞存在兩種不同狀態(tài)，即原始態(tài)干細胞（Na？ve態(tài)，對應植入前約3.5胚胎）和始發(fā)態(tài)干細胞（Primed 態(tài)，對應植入后約5.5-6.5天胚胎）。干細胞始發(fā)態(tài)重編程到原始態(tài)（PNT）代表著(zhù)胚胎發(fā)育階段的逆時(shí)間回撥，需要克服重要表觀(guān)遺傳障礙，也為揭示著(zhù)床前后胚胎發(fā)育的表觀(guān)遺傳機制提供了重要的研究模型。國際上PNT研究往往需利用病毒載體導入轉錄因子，操作繁瑣，且轉換效率較低，不利于其廣泛應用，同時(shí)PNT轉變過(guò)程的機理也有待進(jìn)一步的闡明。 

　　針對上述問(wèn)題，研究人員通過(guò)篩選發(fā)育相關(guān)生長(cháng)因子，發(fā)現BMP4具備誘導小鼠始發(fā)態(tài)向原始態(tài)轉變的能力。進(jìn)一步，通過(guò)化合物庫篩選，鑒定出兩個(gè)小分子抑制劑EPZ6438（EZH2抑制劑）和EPZ5676（DOT1L抑制劑）可以顯著(zhù)提高PNT轉變效率?；谏鲜霭l(fā)現，研究人員最終建立了一套8天內效率高達80%的小鼠PNT誘導體系。在該體系中，BMP信號的撤除將導致導致PNT轉變的完全阻斷，因此該PNT體系被命名為BiPNT（BMP induced PNT）。 

　　通過(guò)對BiPNT誘導體系進(jìn)行系統的轉錄組測序（RNA-seq）及染色質(zhì)轉座酶可及性測序(ATAC-seq),聯(lián)合生物信息學(xué)分析，研究人員描繪了BiPNT轉變過(guò)程染色質(zhì)可及性動(dòng)態(tài)變化規律發(fā)現BMP信號一方面抑制分化相關(guān)位點(diǎn)的開(kāi)放，另一方面促進(jìn)原始態(tài)多能性基因位點(diǎn)的開(kāi)放來(lái)介導PNT轉變進(jìn)程。通過(guò)進(jìn)一步的分析，研究人員鑒定出ZBTB7家族轉錄因子是新型BMP4下游靶點(diǎn)，其中Zbtb7a/b通過(guò)調控染色質(zhì)重塑影響了PNT進(jìn)程。通過(guò)染色質(zhì)免疫共沉淀技術(shù)，研究人員最終證明Zbtb7a直接結合并激活原始態(tài)多能性基因如Esrrb, Klf2, Nr5a2的表達來(lái)調控PNT的轉變過(guò)程。 

　　該研究建立了高效小鼠多能干細胞始發(fā)態(tài)向原始態(tài)轉變技術(shù)平臺，從染色質(zhì)可及性角度揭示了PNT轉變的分子機理，并發(fā)現的BMP信號的新調控靶標。該研究極大擴展了多能干細胞PNT轉變技術(shù)體系，豐富了細胞命運轉化理論模型，為研究胞外信號調控細胞命運轉變的機理研究提供了新的研究范式，對理解著(zhù)床前后胚胎發(fā)育的關(guān)鍵事件及人原始態(tài)多能干細胞的獲取具有極大的借鑒意義。 

　　論文鏈接

細胞命運轉換過(guò)程、染色質(zhì)變化以及中間參與的調控蛋白