Nature揭示干細胞分化調控新層面

日期：2013-06-07 10:23:08

來自加拿大多倫多大學的研究人員在新研究中證實，干細胞分化不僅受到基因表達和轉錄的調控，還受到RNA選擇性剪接的控制。這一研究發(fā)現(xiàn)對于深入了解干細胞的研究和治療潛力具有重要意義。相關論文發(fā)表在6月5日的《自然》（Nature）雜志上。

哺乳動物基因組中包含有約23,000個基因。選擇性剪切確保了這些相對有限的蛋白質編碼基因，能夠生成數(shù)量上至少高出10倍的蛋白質。通過改變基因RNA轉錄物的加工方式，選擇性剪切導致了蛋白質的多樣性：將轉錄物的每個蛋白質編碼部分或是剪除或是留下，就形成了不同的成熟信使RNAs。因此，一個基因可以以一種組織特異性或發(fā)育階段特異性方式，生成多個蛋白質變異體（異構體）。

在這篇Nature新論文中，來自多倫多大學的Hong Han及其同事，描述了選擇性剪接在胚胎干細胞調控中的作用，從而從另一個重要的層面上了解了支配干細胞狀態(tài)和分化的機制。

胚胎干細胞（ES）細胞具有兩個重要特性：能夠無限地分裂以及多能性。因此，這些細胞具有極大的臨床應用潛力，還可作為模型用于疾病研究。關于ES細胞多能性的調控機制，當前的研究主要將焦點放在轉錄過程中，以及染色質修飾對基因表達的控制上。還沒有研究證實任何的選擇性剪接主控因子與ES細胞的維持、分化或轉錄相關。

為了了解選擇性剪接事件與多能性的相關性，Hong Han等研究了來自人類和小鼠ES細胞、誘導多能干(iPS)細胞等多能干細胞，以及各種分化細胞的RNA數(shù)據(jù)。

研究人員發(fā)現(xiàn)多能干細胞與分化細胞之間，數(shù)十個選擇性剪接事件存在差異，包括從前已知的多能因子FOXP1 ES細胞特異性mRNA事件。當他們測量許多已知剪接調控子的表達水平時，作者們發(fā)現(xiàn)其中一些在多能細胞和分化細胞之間存在顯著的差異。尤其是兩個調控子MBNL1和MBNL2在ES細胞中以非常低的水平表達，而在分化細胞中表達水平則高得多。

MBNL1和MBNL2是如何影響干細胞身份的？研究人員報告稱，發(fā)現(xiàn)ES細胞轉錄物的選擇性剪接位點高度富集MBNL1和MBNL2結合基序，并且這些因子以一種獨特的模式結合到了這些位點上。因此，看起來是這些調控子的結合模式控制了成熟mRNA蛋白質編碼區(qū)域（外顯子）的剪除或納入。

MBNL蛋白的細胞水平也似乎影響了分化狀態(tài)。在ES細胞中這些蛋白質表達升高，可誘導分化特異性的選擇性剪接事件，導致ES細胞特異性的一種FOXP1異構體水平下降。與之相一致，在分化細胞中降低這些蛋白質的表達，可導致選擇性剪接成熟切換到ES細胞樣模式。并且減少MBNL1和MBNL2的表達可以大大提高分化細胞重編程為iPS細胞的效率。

這些研究結果為后續(xù)開展更廣泛的研究創(chuàng)造了條件。了解MBNL蛋白的確切作用機制，或許有助于確定這一調控網(wǎng)絡的上游元件。由于ES細胞的表觀遺傳狀態(tài)受到連續(xù)調控的影響，表觀遺傳與選擇性剪接之間可能存在著關聯(lián)。了解選擇性剪接與表觀遺傳以及其他已知調控多能性的網(wǎng)絡之間的相互作用，也是一個有趣的研究方向。此外，Hong Han等鑒別出了大量選擇性位點，以及ES細胞中差異性的剪接調控子。對它們開展深入地研究，將有可能促成對選擇性剪接控制多能性機制的新認識。

作者們的研究發(fā)現(xiàn)或許還具有一個重要的現(xiàn)實意義：有可能能夠利用剪接調控子來控制細胞分化和重編程的效率和結果。在后續(xù)的研究中，新研究發(fā)現(xiàn)也將改變研究人員檢測和操縱多能干細胞的方式。