CUL4B在腸道幹細胞命運決定中的作用及其機制研究

《CUL4B在腸道幹細胞命運決定中的作用及其機制研究》是依託山東大學，由胡慧麗擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：CUL4B在腸道幹細胞命運決定中的作用及其機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：胡慧麗
• 依託單位：山東大學

中文摘要

CUL4B是泛素連線酶複合物的支架蛋白，其功能喪失導致人類及小鼠發育嚴重異常，但其在發育中的作用機制仍不明確。我們的研究結果表明CUL4B複合物單泛素化H2AK119，協同轉錄抑制複合物參與表觀遺傳調控。前期工作發現CUL4B在腸道隱窩底部幹細胞區高表達，參與多個信號通路的調控，促進腸道的自我更新。腸道幹細胞（ISCs）是腸道發育及腸上皮自我更新的源泉，其細胞命運決定對腸黏膜結構和功能維持至關重要，是成體幹細胞研究的良好模型。那么CUL4B在腸道發育及更新中的作用是什麼？這些作用是否通過調控ISCs而實現？因此，本課題擬從CUL4B在腸道細胞中的表達特性入手，以ISCs為研究對象，利用Cul4b腸道敲除小鼠模型探究CUL4B在ISCs命運決定中的作用及具體機制，為闡明CUL4B在腸道發育及更新中的作用、明確其調控腸道幹細胞的機制提供線索，也為發現新的ISCs調控分子及信號網路提供理論依據。

結題摘要

CUL4B在哺乳動物發育中發揮重要作用，基因突變患者精神發育遲滯，基因敲除小鼠胚胎早期致死。本項目從CUL4B在腸道幹細胞區域特異性表達的特性入手，以ISCs為研究對象，利用Cul4b腸道敲除小鼠結合體外類器官模型探究Cul4b在ISCs命運決定中的作用及具體機制，研究取得了以下結果：第一，明確了Cul4b在腸道幹細胞細胞胞質特異高表達，與Lgr5+細胞以及潘氏細胞標記物共表達；第二，發現pVillin-Cre腸道特異Cul4b敲除導致腸道隱窩和絨毛長度變少，小腸自我更新速度變慢，過表達Cul4b小鼠中結果相反。第三，分析了Cul4b在腸道自我更新中的作用，高通量測序發現Cul4b敲除導致小鼠腸道幹細胞標記物和潘氏細胞標記物表達降低。小腸幹細胞數目、體外類器官形成能力和傳代能力在pVillin-Cre腸道特異Cul4b敲除小鼠中顯著下降。第四，組織及類器官高通量測序結果表明Cul4b對腸道幹細胞的調控是通過beta-catenin及Wnt通路的調控實現的，Cul4b敲除小鼠表達譜與beta-catenin腸道敲除小鼠基因表達譜高度一致，ChIR99021或Wnt重組蛋白可以拯救Cul4b敲除引起的腸道類器官形成數目、出芽率及傳代次數的減少和基因表達改變。第五，pVillin-Cre腸道特異性Cul4b敲除小鼠潘氏細胞數目減少，出現內質網結構紊亂、自噬小體溶酶體增多，Wnt3a等多種Wnt分泌蛋白減少，Lgr5-Cre特異性敲除Cul4b的類器官在分化培養基中沒有顯著差異。我們的結果表明Cul4b一方面通過正向調控beta-catenin表達維持Lgr5+腸道幹細胞自我更新能力，另一方面通過參與潘氏細胞結構和代謝功能調控影響幹細胞niche中的Wnt信號，我們的發現為腸道幹細胞調控網路闡明了新的分子機制。