抗衰老新机制,返老还童可能不是梦~
2019.05.08

近日,复旦大学的一项研究揭示一种“年轻因子”可促进人成体细胞的重编程,促进人表皮细胞“返老还童”,变成诱导性多能干细胞。该研究成果在线发表于期刊Science Advances(IF:11.5)。其中RNA测序由安诺基因HiSeq X Ten测序平台完成。

 

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衰老一直是我们不得不面对的话题,从古代的“灵丹妙药”到近代的“鸡血疗法”再到现代的“干细胞治疗”,无不透漏着人类对年轻的渴望。“干细胞治疗”存在的乱象小编在此暂且不表,但在疾病治疗领域中干细胞功不可没,干细胞是具有自我更新能力的潜在的“永生化”细胞,是挖掘人类发育与衰老奥秘的关键,也是实现再生医学的核心。 

复旦大学的研究揭示一种“年轻因子”可促进人成体细胞的重编程,促进人表皮细胞“返老还童”,变成诱导性多能干细胞。研究报道转录因子Bach1通过募集去泛素化酶Usp7来维持多能性因子Nanog,Sox2和Oct4的稳定化;Bach1将多梳蛋白抑制性复合体2(PRC2)募集到基因的启动子来抑制中内胚层基因的表达。此外,Bach1还抑制Wnt/β-catenin 和Nodal/Smad2/3 信号通路的基因表达,抑制人胚胎干细胞(hESC)向中胚层和内胚层的分化,从而维持干细胞特征和自我更新。因此Bach1是干细胞维持自我更新和决定谱系分化中的关键调控因子。

 

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 研究成果

 

01.  Bach1 在hESC中保留干细胞特性

 

经过对敲除(恢复)Bach1的胚胎干细胞免疫印迹分析表明,在Bach1-KO hESCs中碱性磷酸酶(AP)活性低于WT hESCs,但经Dox处理后,Bach1-KO hESCs的AP活性恢复到WT水平;Bach1-KO hESCs增殖较弱,多潜能因子Sox2、Oct4和Nanog蛋白表达水平较低,但经Dox处理后,Bach1-KO hESCs可恢复多潜能因子的增殖和表达。这些结果表明Bach1有助于维持干细胞特性和干细胞自我更新,及将细胞重编程为多能性。


 

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图1 Bach1敲除前后AP染色的免疫印迹分析

 

02.  Bach1影响Usp7的表达

 

分别用qRT-PCR和Western blot方法检测WT hESCs和Bach1-KO hESCs中Usp7 mRNA和蛋白的表达情况,并进行定量分析。结果发现,Usp7在Bach1-KO hESCs中的mRNA和蛋白水平均显著低于WT hESCs,而在Bach1高表达hESCs中的mRNA和蛋白水平均显著高于Bach1表达正常的hESCs。

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图2 Bach1影响Usp7的mRNA表达水平

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图3 Bach1影响Usp7蛋白表达水平

 

03.  Bach1抑制hESC的中内胚层分化

 

通过RNA-seq分析(安诺基因提供测序),发现Bach1的缺失导致1562个基因表达上调和2311个基因表达下调(Fold change>1.5;p<0.05)。Bach1-KO hESCs的中胚层和内胚层发育调节因子的 mRNA 水平比WT hESC中更高,而神经外胚层标记物在Bach1-KO hESCs中的表达低于WT hESCs。通过ChIP-qPCR进一步的研究Bach1发现,Bach1的N-端和C-端区域与EZH2直接相互作用,Bach1在几个中胚层基因的启动子区域招募EZH2到Bach1结合位点,从而促进H3K27的三甲基化并抑制中胚层基因的表达。

 

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图4 Bach1-KO促进hESCs的中内胚层基因表达


04.  Bach1抑制Wnt/β-catenin和Nodal/Smad2/3 信号通路基因的表达

 

 对第3天胚状体(embryoid body,EB)的RNA-seq分析发现,Bach1-KO hESC比WT hESC的中内胚层基因、Wnt/β-catenin以及Nodal通路基因的表达更高。进一步的CHIP-qPCR分析表明,中内胚层基因启动子与β-catenin活性形式的结合在Bach1-KO hESCs中比在WT hESCs中更强,而Bach1的缺乏则与Smad2和Smad3这两个Nodal下游靶基因的表达激活有关。此外,中内胚层基因启动子与smad2/3的结合在Bach1-KO hESCs中强于WT hESCs。Bach1抑制Wnt/β-catenin和Nodal/Smad2/3 信号通路基因的表达,从而抑制hESCs的中内胚层分化。


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图5 Bach1抑制中内胚层基因和Wnt信号通路基因的表达


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图6 Bach1抑制Nadal信号通路基因的表达

 

研究结论


Bach1是干细胞维持自我更新和决定谱系分化中的关键调控因子,在中胚层和心血管早期分化过程中起重要作用,有可能成为干细胞治疗心血管疾病的新靶标。该项研究结果对于再生医学领域的相关研究具有重要的科学意义。

安诺基因在转录组测序方面拥有多样化的产品类型,涵盖了普通转录组测序产品,医学转录组测序产品、lncRNA测序产品、医学lncRNA测序产品、circRNA测序产品、全转录组测序产品等,各类型产品均具有丰富的项目经验及物种经验,拥有专业的实验团队、分析团队,配备多台二代、三代测序平台,为大家提供高质量的测序服务,满足广大科研工作者们的研究需求,一切只为助力科研。


参考文献


Wei Xiangxiang, Guo Jieyu, Li Qinhan, et al. Bach1 regulates self-renewal and impedes mesendodermal differentiation of human embryonic stem cells[J]. Sci Adv, 2019, 5: eaau7887.
 

文案:转录组产品经理 李伟

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