中科院Nature子刊揭示細胞重編程新分子機制
日期:2013-10-29 09:17:10
來自中科院廣州生物醫藥與健康研究院以及上海生命科學研究院的研究人員,證實維生素C調節了TET1在體細胞重編程過程中的功能。相關研究成果發表在10月27日的《自然遺傳學》(Nature Genentics)雜志上。
中科院廣州生物醫藥與健康研究院院長裴端卿(Duanqing Pei)教授和上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所的徐國良(Guo-Liang Xu)研究員是這篇論文的共同通訊作者。裴院長的主要研究領域包括蛋白質在正常與癌細胞里的運送機制,EGFR的信號傳導機制與肺癌,干細胞的重編程及全能性調控機制,以及誘導多能干細胞。徐國良研究員的研究方向是表觀遺傳調控及其癌癥等重大疾病的關系。
將成熟的終末分化細胞逆轉為原始的多能,甚至是全能干細胞狀態的過程稱為細胞重編程。目前已經可以通過多種方法實現細胞重編程,包括體細胞核移植,與多能干細胞融合實現重編程。自2006年以來,iPS細胞的出現大大拓展了細胞重編程的研究內容。細胞重編程領域日新月異的研究進展,使得人們有機會更深入和全面地探討細胞發育進程。不僅如此,細胞重編程調控機制的探討與闡明將使人們有望早日實現干細胞用于臨床組織器官修復與再生的夢想,有助于人們對疾病發生機制的明確及新疾病診治藥物的開發。近年來越來越多的研究表明表觀遺傳學在細胞重編程中扮演著重要的角色。
維生素C是人類必需的一種營養物質,除了人們熟知的抗壞血病功能之外,還可作為多種雙加氧酶的輔助因子。裴端卿課題組在2009年,率先證實維生素C可以大大提高體細胞轉化為iPS細胞的效率,從原來的萬分之一提高到10%。2011年,其研究小組再度揭示維生素C是通過突破制約體細胞變身的分子障礙——組蛋白H3K36me2/3來促進體細胞重編程的,表明了維生素C借助了表觀遺傳機制調控重編程。這兩項重要成果兩次被選為《細胞干細胞》(Cell stem cell)雜志的封面文章。
DNA甲基化修飾由DNA甲基轉移酶催化產生,主要產物為5-甲基胞嘧啶(5mC)。作為一種重要的表觀遺傳修飾,DNA甲基化廣泛參與基因表達的調控,組蛋白修飾的建立等過程。在體內和體外的多種重編程過程中,DNA甲基化的去除,對于全能性基因的激活和組蛋白修飾的重建十分重要。研究發現Tet家族可以催化5mC的氧化生成5-羥甲基胞嘧啶(5hmC)。后者還可進一步被Tet酶氧化,形成5-甲醛基胞嘧啶(5fC)和5-羧基胞嘧啶(5caC),影響動物克隆、細胞核重編程和胚胎發育,同時也與癌癥發生密切相關。近年來,徐國良課題組在Science、Nature及Cell等雜志上發表了一系列重要的Tet酶研究成果。
在這篇文章中,裴端卿課題組和徐國良課題組展開協作,證實TET1正負向調控體細胞重編程取決于維生素C的存在。當存在維生素C時,TET1缺失可促進重編程,而TET1過表達則可阻礙重編程,且這種情況下TET1是通過調控上皮間質轉化(MET)來實現這一效應的。而在缺乏維生素C的條件下,TET1則以不依賴于MET的方式促進了體細胞重編程。與之相一致,研究人員證實TET1以一種維生素C依賴性的方式調控了MET至關重要位點上的5hmC形成,由此阻斷了MET。
這些結果表明,維生素C在決定細胞水平TET1功能的生物學效應上發揮了至關重要的作用。新研究確立了維生素C、Tet 和DNA甲基化調控之間的直接聯系,并證明了維生素C可以調控哺乳動物的DNA修飾,為深入了解體細胞重編程分子機制指出了新方向。
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