近日，中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院潘光錦課題組在Nucleic Acids Research期刊發(fā)表了題為“HBO1 determines SMAD action in pluripotency and mesendoderm specification”的文章。該研究揭示了乙酰轉移酶HBO1在人胚胎干細胞多能性維持及中內胚層譜系特化中的作用及分子機制。

　　HBO1屬于MYST乙酰轉移酶家族，通過(guò)介導組蛋白乙?；揎?，在胚胎發(fā)育、細胞命運及腫瘤發(fā)生中發(fā)揮關(guān)鍵作用。前期研究發(fā)現MYST-HBO1乙酰轉移酶復合物的骨架蛋白BRPF1在人胚胎干細胞多能性的維持過(guò)程中發(fā)揮重要作用（Zhang C., et al., iScience, 2023）。但是該復合物中具有乙酰轉移酶活性的亞基-HBO1在人胚胎干細胞命運決定中的作用尚不清楚。

　　該研究發(fā)現缺失乙酰轉移酶HBO1的人胚胎干細胞喪失多能性，并自發(fā)分化為神經(jīng)外胚層細胞。通過(guò)高濃度的BMP4誘導早期原腸胚形成和畸胎瘤實(shí)驗發(fā)現缺失HBO1的人胚胎干細胞其中、內胚層分化能力存在缺陷，表明HBO1對于中、內胚層的形成很重要。HBO1含有多個(gè)結構域，為了驗證這些結構域的功能，研究者設計多種HBO1截短突變體進(jìn)行回補實(shí)驗，發(fā)現HBO1的乙酰轉移酶活性對于多能性的維持是必須的。為了研究HBO1主要調控何種乙?；揎?，研究者在野生型和缺失HBO1的人胚胎干細胞中進(jìn)行了免疫印跡和CUT&Tag-seq實(shí)驗，發(fā)現乙酰轉移酶HBO1介導H3K14ac共同定位在多能性相關(guān)基因的啟動(dòng)子上。通過(guò)之前的CUT&Tag-seq實(shí)驗，研究者發(fā)現發(fā)現HBO1富集的motif中包含SMAD motif，通過(guò)Co-IP實(shí)驗也驗證HBO1和SMAD4存在相互作用。SMAD4是TGF 信號傳導入核的關(guān)鍵蛋白，TGF 信號通路在干細胞多能性維持和早期胚胎譜系分化過(guò)程中發(fā)揮重要作用，然而TGF 信號通路是如何介導靶基因表達的還有待研究。

　　該研究發(fā)現，在TGF 存在的情況下，乙酰轉移酶HBO1的缺失導致TGF 信號通路下游靶基因的表達顯著(zhù)性降低。表明HBO1對于TGF 信號通路下游靶基因的表達是必需的。為了研究HBO1與SMAD4相互依賴(lài)性，研究者在野生型和缺失HBO1的人胚胎干細胞中進(jìn)行了CUT&Tag-seq實(shí)驗，發(fā)現HBO1的缺失，不影響SMAD4與染色質(zhì)的結合。但是通過(guò)TGF 信號通路抑制劑（SB431542/Dorsomorphin, 2I）處理一天，導致HBO1與染色質(zhì)的結合明顯減少。表明SMAD4對于HBO1與染色質(zhì)的結合至關(guān)重要。為了進(jìn)一步明確HBO1在胚層分化中的作用機制，研究者通過(guò)定向誘導人胚胎干細胞分化為神經(jīng)干細胞（外胚層）和原條（中胚層）細胞，結合CUT&Tag-seq實(shí)驗，發(fā)現在神經(jīng)干細胞中SMAD4和HBO1與染色質(zhì)的結合基本上檢測不到，在中胚層細胞中SMAD4與HBO1高度富集在與中胚層譜系發(fā)育相關(guān)基因的啟動(dòng)子區。表明在多能性退出過(guò)程中SMAD4-HBO1共同定位在中胚層譜系相關(guān)基因上。

　　綜上，該研究揭示了乙酰轉移酶HBO1在人胚胎干細胞命運決定中的作用及機制，拓展并豐富染色質(zhì)重塑因子調控細胞命運轉變的生物學(xué)功能，為優(yōu)化高效獲得神經(jīng)譜系細胞的技術(shù)體系提供了新的思路。

　　中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院博士后張聰為該論文的第一作者，中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院潘光錦研究員為該論文的通訊作者。該研究成果得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、廣東省科技計劃項目、廣州市重點(diǎn)研發(fā)計劃等項目的資助。

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乙酰轉移酶HBO1通過(guò)SMAD4決定多能性和中內胚層譜系分化示意圖