《內源性逆轉錄病毒在小鼠胚胎幹細胞中的轉錄抑制機制》是依託南開大學，由呂鑫屹擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：內源性逆轉錄病毒在小鼠胚胎幹細胞中的轉錄抑制機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：呂鑫屹
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
轉座元件中的內源性逆轉錄病毒（ERV）是哺乳動物基因組的重要組成部分。大多數ERV的表達在細胞中被沉默，但少數ERV卻在病變的細胞中被激活。胚胎幹細胞（ES細胞）可以沉默多種ERV和逆轉錄病毒，因此在ES細胞中研究ERV的沉默機制可以使我們進一步了解幹細胞基因組穩定性的維持、逆轉錄病毒的潛伏與疾病的發展機理。ES細胞抑制ERV I/II與ERV III的表觀機制不同。我們對ES細胞如何通過轉錄調控不同ERV家族的沉默，從而導致不同的表觀遺傳抑制機理卻知之甚少。因此在此項目中，我們將進行小規模的shRNA篩選以找到在小鼠ES細胞中分別調控ERV I/II與ERV III的關鍵轉錄調控因子，研究候選因子對ES細胞的分化潛能及多能性的退出的影響，探究候選因子對ERV及下游基因表達的調控機制，鑑定候選因子所處的蛋白調控網路，並最終揭示ERV I/II與ERV III在ES細胞中表達抑制機制。
結題摘要
內源性逆轉錄病毒（ERV）起源於億萬年前的病毒基因整合到宿主基因組中，從而成為宿主基因組的一部分。在進化過程中大多數ERV被沉默以防止它們干擾宿主基因組穩定。胚胎幹細胞（ESC）有沉默外源逆轉錄病毒和ERV的獨特能力，因此在ESC中研究ERV的沉默可以使我們深入了解幹細胞中基因組穩定性維持的機制。ERV分為三類:ERV I, ERV II與ERV III。現已知ERV I/II與ERV III的表觀調控方式不同。我們對ESC如何通過不同的表觀遺傳機理控制不同ERV家族的沉默仍缺乏認識。因此在本項目中，我們通過小規模的shRNA篩選鑑定了組蛋白甲基化修飾酶Kdm2a作為ERV II的轉錄調控因子，而組蛋白伴侶分子Ssrp1作為ERV III的關鍵轉錄調控因子。之後，我們針對這兩個ERV的轉錄調控因子開展了功能與機制研究。我們發現Kdm2a敲除的ESC，其多能性維持與分化能力均不受影響。基因表達譜分析表明Kdm2a調節生殖發育與細胞增殖基因群。更重要的是，Kdm2a也調控ERV II家族成員IAPEy的轉錄。Kdm2a能直接結合IAPEy位點並調控其上H3K36me2介導的表達抑制。在ERV III家族的轉錄抑制方面，我們發現Ssrp1抑制ERV III家族成員MERVL的轉錄。Ssrp1敲除不影響ESC的多能性維持與分化。Ssrp1敲除細胞高表達二細胞胚胎標誌基因Zscan4。Ssrp1敲除後的轉錄組分析表明Ssrp1抑制分化基因的表達並激活細胞增殖相關基因的表達。Ssrp1的ChIP-seq結果表明Ssrp1可以直接結合MERVL。有趣的是，Ssrp1通常參與轉錄激活並與表達激活相關表觀遺傳標記共定位，但我們發現Ssrp1也可以抑制ERV的表達。蛋白免疫共沉澱聯合質譜分析表明Ssrp1可以與介導H3K9me3的組蛋白甲基化複合物互作，而且H3K9me3也在MERVL上富集，這意味著Ssrp1可能通過H3K9me3來抑制MERVL的轉錄。總而言之，本項目首次發現了Kdm2a通過去H3K36me2來調控ERV II家族的轉錄，而Ssrp1則可能通過H3K9me3來抑制ERV III家族的轉錄。此項目揭示了胚胎幹細胞中不同ERV家族在轉錄抑制機制上的差異。有效沉默ERV對維持基因組穩定性十分重要，我們的發現對胚胎幹細胞中基因組穩定性維持的機制解析具有理論意義。
