多能性狀態(tài)的退出或多能性細胞-體細胞轉變是哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育過(guò)程的重要事件，也是細胞命運決定研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。越來(lái)越多的證據表明該過(guò)程被高度調控，而非一個(gè)被動(dòng)的事件，但其背后的分子機制還存在大量未知。

　　近日，中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院劉晶課題組和西湖大學(xué)裴端卿課題組合作，基于cJUN誘導小鼠胚胎干細胞多能性細胞-體細胞轉變細胞模型，發(fā)現了染色質(zhì)重塑復合物BAFs（Brg/Brahma-associated factors）的亞基SS18 通過(guò)本身相分離性質(zhì)顯著(zhù)調控這一過(guò)程，該成果以” SS18 regulates pluripotent-somatic transition through phase separation”為題于7月2日在線(xiàn)發(fā)表在Nature Communications（《自然·通訊》）雜志上。

　　團隊早期發(fā)現原癌基因cJUN 可快速誘導多能性狀態(tài)的退出（Jing Liu et al, Nature Cell Biology, 2015），基于此研究人員構建了可誘導多能性細胞-體細胞轉變細胞模型。進(jìn)一步，通過(guò)基于CRISPR/Cas9的全基因組基因敲除的遺傳學(xué)篩選技術(shù)確認了一系列候選基因，發(fā)現其中SS18基因的失活會(huì )在轉錄組、克隆形成能力及干細胞克隆形態(tài)等方面顯著(zhù)延遲多能性體細胞轉變進(jìn)程。同時(shí)，SS18的功能也能夠在其他多種多能性退出體系中得到驗證。

　　科研人員深入研究發(fā)現，SS18蛋白在體內可以發(fā)生液液相分離（Liquid-liquid Phase Separation, LLPS）,表現在1、SS18蛋白可以在細胞核內通過(guò)分子間弱相互作用形成微米級凝聚體；2、凝聚體內部以及凝聚體內和凝聚體外物質(zhì)可以進(jìn)行交換；3、凝聚體可以發(fā)生融合和分裂行為，且融合分裂時(shí)間與凝聚體大小成正比。SS18的液液相分離能力依賴(lài)于位于其羧基端的內在無(wú)序區（Intrinsically Disordered Region, IDR），其中高度富集的酪氨酸發(fā)揮著(zhù)核心作用，酪氨酸的突變會(huì )導致SS18蛋白無(wú)法形成凝聚體，同時(shí)也使得SS18失去調控多能性退出的能力。進(jìn)一步研究人員還發(fā)現， SS18的IDR可被來(lái)自于其他蛋白的富含酪氨酸IDR（如FUS和TAF15）及多聚酪氨酸多肽所替代，而非酪氨酸富集的IDR（如BRD4及MED1）則不能進(jìn)行功能替代。

　　針對SS18的相分離行為是如何調控多能性退出的具體機制，科研人員進(jìn)一步展開(kāi)了深入的機制研究。已有研究表明SS18蛋白是染色質(zhì)重塑復合物BAFs的穩定亞基。在胚胎干細胞中，BAFs主要分為三種亞型：經(jīng)典BAF（canonical BAF， cBAF）、非經(jīng)典BAF（non canonical BAF，ncBAF）以及PBAF（Polybromo-associated BAF）。他們含有一些共有成分如SMARCD1以及BCL7A/B/C等，也分別含有其特異性亞基?？蒲腥藛T發(fā)現，SS18形成的蛋白凝聚體可以富集cBAF特異性亞基而排斥PBAF特異性亞基，從而起到促進(jìn)或抑制相應BAF亞型裝配的功能，而不同亞型的BAFs在多能性體細胞轉變中的角色卻不盡相同。因此，SS18蛋白的缺失會(huì )打破BAFs各亞型之間裝配的平衡，并最終影響多能性細胞-體細胞轉變進(jìn)程。

　　本研究揭示了相分離在染色質(zhì)重塑復合物裝配過(guò)程中的重要作用，豐富了人們對于細胞命運轉變在不同層級上進(jìn)行調控的認識，對于深入研究BAFs復合物在發(fā)育、細胞命運轉變以及腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用都具有借鑒意義。

　　該論文是在西湖大學(xué)裴端卿研究員和廣州健康院劉晶研究員的共同指導下完成，廣州健康院博士生匡俊企和碩士翟梓蔚為共同第一作者。廣州健康院陳捷凱研究員和張小飛研究員對該工作進(jìn)行了重要的指導和支持。本項工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃，中國科學(xué)院“戰略性先導科技專(zhuān)項”、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項目、廣東省科技計劃項目、生物島實(shí)驗室前沿探索項目等的經(jīng)費支持。

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多能干細胞-體細胞命運轉變新機制