發(fā)布時(shí)間:2020-06-17
中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院/廣州再生醫學(xué)與健康廣東省實(shí)驗室研究員姚紅杰課題組聯(lián)合清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究員孫前文課題組揭示了Sox2/Ddx5與R-loop協(xié)同調控體細胞重編程為誘導多能干細胞的新機制。相關(guān)研究6月10日在線(xiàn)發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。
“基因表達調控是決定細胞命運的重要因素,通過(guò)改變基因的表達模式即可實(shí)現對細胞命運的精準調控?!币t杰表示,在基因轉錄過(guò)程中,會(huì )形成一種由單鏈DNA和DNA:RNA雜合鏈組成的三鏈核酸結構,稱(chēng)為R-loop。已有研究報道R-loop相關(guān)蛋白很多都是RBP,然而RBP如何協(xié)同R-loop在細胞命運決定中發(fā)揮作用尚不清楚。
早在2017年,姚紅杰課題組揭示了RBP Ddx5通過(guò)調節miR-125b代謝從而負向調控PRC1復合物的非經(jīng)典亞基RING1和YY1結合蛋白(RYBP)的雙重功能,進(jìn)而調控體細胞重編程為誘導多能干細胞。但是Ddx5作為RNA解旋酶在體細胞重編程中的功能仍然未知。
研究人員運用ssDRIP-seq技術(shù)繪制了體細胞重編程過(guò)程中R-loop的動(dòng)態(tài)變化圖譜,發(fā)現R-loop并不是簡(jiǎn)單地作為轉錄的副產(chǎn)物出現,而是在轉錄發(fā)生變化之前就開(kāi)始變化。他們發(fā)現敲降R-loop的重要調控蛋白RNaseH1的表達可抑制體細胞重編程的進(jìn)程。為了研究R-loop與體細胞重編程的關(guān)系,研究人員構建了RNaseH1突變體。體外實(shí)驗表明RNaseH1酶活位點(diǎn)單個(gè)氨基酸的點(diǎn)突變體(RNaseH1D209N)可以顯著(zhù)抑制野生型RNaseH1對R-loop的消解作用。重編程實(shí)驗表明RNaseH1D209N可以改變R-loop水平進(jìn)而影響體細胞重編程的進(jìn)程。
因子篩選實(shí)驗表明Yamanaka四因子中只有Sox2可以回復因R-loop改變而被抑制的重編程。與對照組相比,過(guò)表達Sox2處理組重編程細胞的R-loop水平更高。結合組學(xué)數據及生物信息分析發(fā)現Sox2結合位點(diǎn)附近的R-loop水平較高,而且在重編程過(guò)程中增加Sox2的表達量可以增加相關(guān)位點(diǎn)R-loop水平。結合RNA-seq及ssDRIP-seq數據發(fā)現Sox2促進(jìn)多能性基因相關(guān)位點(diǎn)的R-loop富集。進(jìn)一步生物信息分析發(fā)現Sox2調控的R-loop更傾向位于基因的啟動(dòng)子區域。
該研究發(fā)現雖然Sox2可以與R-loop形成復合物,但EMSA實(shí)驗結果表明Sox2并不具有直接結合R-loop能力,而是間接參與調控R-loop水平的變化。為了揭示Sox2與R-loop的調控關(guān)系,研究人員通過(guò)質(zhì)譜數據發(fā)現Sox2與RNA解旋酶Ddx5存在相互作用。體外R-loop消解實(shí)驗揭示Ddx5解旋酶可以直接消解R-loop,而Sox2與Ddx5相互作用并抑制Ddx5對R-loop的消解作用。研究還發(fā)現Sox2通過(guò)其DNA結合結構域(HMG區域)抑制Ddx5對R-loop的消解作用。
進(jìn)一步發(fā)現Sox2這一新功能并不依賴(lài)于Sox2的轉錄因子活性。體細胞重編程實(shí)驗發(fā)現Sox2可回復因Ddx5而被抑制的重編程進(jìn)程以及上調Ddx5調控相關(guān)位點(diǎn)的R-loop水平,進(jìn)而促進(jìn)體細胞重編程為多能干細胞。該研究發(fā)現了Sox2/Ddx5協(xié)同調控R-loop參與體細胞重編程過(guò)程,闡明了R-loop對細胞命運調控的重要作用,并揭示了Sox2這一傳統轉錄因子的新功能。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1126/sciadv.aba0777
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