發(fā)布時間：2024-03-05來源：撰稿人：張聰
近日，中國科學院廣州生物醫(yī)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(nèi)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，通過介導組蛋白乙酰化修飾，在胚胎發(fā)育、細胞命運及腫瘤發(fā)生中發(fā)揮關鍵作用。前期研究發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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。通過高濃度的BMP4誘導早期原腸胚形成和畸胎瘤實驗發(fā)現(xiàn)缺失HBO1的人胚胎干細胞其中、內(nèi)胚層分化能力存在缺陷，表明HBO1對于中、內(nèi)胚層的形成很重要。HBO1含有多個結構域，為了驗證這些結構域的功能，研究者設計多種HBO1截短突變體進行回補實驗，發(fā)現(xiàn)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(diào)控何種乙酰化修飾，研究者在野生型和缺失HBO1的人胚胎干細胞中進行了免疫印跡和CUT&Tag-seq實驗，發(fā)現(xiàn)乙酰轉移酶HBO1介導H3K14ac共同定位在多能性相關基因的啟動子上。通過之前的CUT&Tag-seq實驗，研究者發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)HBO1富集的motif中包含SMAD motif，通過Co-IP實驗也驗證HBO1和SMAD4存在相互作用。SMAD4是TGF 信號傳導入核的關鍵蛋白，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(xiàn)，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相互依賴性，研究者在野生型和缺失HBO1的人胚胎干細胞中進行了CUT&Tag-seq實驗，發(fā)現(xiàn)HBO1的缺失，不影響SMAD4與染色質的結合。但是通過TGF 信號通路抑制劑（SB431542/Dorsomorphin, 2I）處理一天，導致HBO1與染色質的結合明顯減少。表明SMAD4對于HBO1與染色質的結合至關重要。為了進一步明確HBO1在胚層分化中的作用機制，研究者通過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實驗，發(fā)現(xiàn)在神經(jīng)干細胞中SMAD4和HBO1與染色質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)育相關基因的啟動子區(qū)。表明在多能性退出過程中SMAD4-HBO1共同定位在中胚層譜系相關基因上。
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，拓展并豐富染色質重塑因子調(diào)控細胞命運轉變的生物學功能，為優(yōu)化高效獲得神經(jīng)譜系細胞的技術體系提供了新的思路。
中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院博士后張聰為該論文的第一作者，中國科學院廣州生物醫(yī)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研發(fā)計劃、國家自然科學基金、廣東省科技計劃項目、廣州市重點研發(fā)計劃等項目的資助。
乙酰轉移酶HBO1通過SMAD4決定多能性和中內(nèi)胚層譜系分化示意圖
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