DNA羥甲基化酶Tet1介導的體細胞重編程的表觀遺傳機制研究

《DNA羥甲基化酶Tet1介導的體細胞重編程的表觀遺傳機制研究》是依託同濟大學，由高亞威擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：DNA羥甲基化酶Tet1介導的體細胞重編程的表觀遺傳機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：高亞威
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

體細胞重編程的核心是細胞表觀遺傳修飾的重編程，我們近期發表於Cell Stem Cell的封面文章首次證明了DNA羥甲基化酶Tet1可以催化核心多能基因Oct4轉錄調控區域的去甲基化與轉錄激活，並可以替代Oct4實現TSKM誘導的體細胞重編程；我們同時發現TSKM誘導極大降低了所形成iPS細胞的致瘤風險，並且發現二次誘導可高效快速實現重編程。為了深入理解TSKM誘導體細胞重編程的分子機制，我們在本課題中將利用這一獨特的重編程系統深入分析誘導早期幾個細胞周期內的重要分子事件；解析Tet1在體細胞重編程早期的表觀遺傳重塑過程中的作用機制；探討基因組上不同表觀遺傳修飾之間的聯繫，以及它們對基因轉錄的調控機制。這一研究將有助於加深對體細胞重編程機制的理解，並將在推動重編程方法改善和臨床套用等方面具有重要意義。

結題摘要

在本項目的支持下我們利用已有的誘導重編程平台，對Tet1對重編程的影響和其取代Oct4後主導表觀重編程的機制進行了探討。我們搭建了轉錄與DNA及組蛋白修飾的聯動分析平台，對表觀修飾與轉錄水平轉變的檢測平台。未解決研究中遇到的細胞材料稀缺的問題，我們在本項目的支持下開展了還研發和建立了微量細胞起始的轉錄組和表觀組的測序平台。 首先，我們在研究中發現Tet1的作用不僅僅局限於Oct4的啟動子區域，我們隨後證明了Tet1可以取代其他的誘導重編程因子，實現重編程。其中Tet1與Oct4誘導獲得的iPS細胞可高效地產生all-iPSC小鼠，並且小鼠的腫瘤發生率非常低。這一發現為探尋獲得高質量iPS細胞的誘導方案，提高iPS細胞臨床套用的安全性方面提供了新思路。其次，我們檢測了TSKM誘導初期的轉錄和表觀修飾變化，發現相對於OSKM誘導體系，TSKM誘導在早期存在更為廣泛的組蛋白變化，但是Tet1的主動結合和促使的轉變發揮作用，更主要的存在於誘導的更晚時期。然而在誘導的中後期，細胞誘導體系異質化更加明顯，可以用於研究的細胞材料將進一步減少，這促使我們研發建立了一系列單細胞和低起始量表觀檢測的技術。最後利用單細胞的RNA seq和甲基化檢測技術，成功明確了體細胞核移植中體細胞核內K9me3修飾去除失敗對於2細胞發育的阻礙作用，以及K4me3修飾去除失敗對於4細胞發育的阻礙作用，並研發了對卵母細胞聯合注射Kdm4b和Kdm5b的mRNA，改善克隆胚胎髮育的新方法。而利用微量細胞起始的ChIP seq技術成功的實現了對小鼠胚胎樣品的組蛋白修飾測定，進而繪製了生命起始最初階段的表觀修飾圖譜。並提出了H3K4me3調控基因表達和細胞特性建立的新機制。以上研究成果發表在Nature，Stem Cells，Cell discovery 等學術期刊，獲得了廣泛的關注。