DNA羥甲基化酶Tet1促進體細胞重編程機制的研究.pdf

1、在從受精卵到生物個體的發(fā)育過程中，表觀遺傳修飾指導著干細胞多能性的丟失和體細胞特性的獲得。通過在體細胞中過表達特定轉(zhuǎn)錄因子，如Oct4(O)，Sox2(S)，Klf4(K)，c-Myc(M)，我們可以獲得具有多能性的干細胞(iPS cell)。這種已分化細胞重新獲得干細胞特性和分化潛能的過程被稱為體細胞重編程。iPS細胞誘導技術(shù)的成功，是體細胞重編程領(lǐng)域的重大突破。然而很多問題如誘導過程的分子機制等，尚未解決。這限制了iPS技術(shù)的進一步

2、發(fā)展與臨床應用。
　　從根本來說，體細胞重編程的核心是表觀遺傳的重編程，它包括打破原有體細胞的表觀遺傳修飾穩(wěn)態(tài)，和建立ES細胞特異的表觀修飾穩(wěn)態(tài)。染色體上的表觀遺傳修飾主要包括:DNA的甲基化（脊椎動物中主要發(fā)生在CpG序列），組蛋白修飾，核小體重構(gòu)和染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)等。重編程過程中的DNA去甲基化，被認為是多能性相關(guān)的基因和調(diào)控區(qū)域活化的關(guān)鍵步驟之一。但去甲基化的機制并不清楚。
　　最新的研究發(fā)現(xiàn)Tet蛋白家族(Tet1，T

3、et2，Tet3)可以將甲基化胞嘧啶(5mC)氧化為羥甲基化胞嘧啶(5hmC)，之后通過不同途徑實現(xiàn)主動或被動去甲基化。然而對于iPS誘導過程，Tet蛋白是否參與多能性基因的去甲基化和重新活化并不清楚。我們正是通過對Tet1在iPS誘導重編程的功能研究，探索DNA修飾改變和表觀遺傳重編程的機制。我們利用已有的OSKM第二輪誘導重編程系統(tǒng)，證明Tet1能夠促進體細胞重編程，通過多種分子和生化手段，我們證明5hmC和Tet1參與了OSKM誘

4、導過程中核心多能基因Oct4的去甲基化和表達激活:Tet1可以結(jié)合于Oct4的調(diào)控區(qū)域，過表達Tet1可以促進Oct4轉(zhuǎn)錄控制區(qū)域5hmC的產(chǎn)生，進一步促進該區(qū)域的去甲基化和活性組蛋白修飾的獲得，提前實現(xiàn)Oct4的轉(zhuǎn)錄激活。我們進一步發(fā)現(xiàn)，Tet1能夠取代傳統(tǒng)iPS誘導中最重要的轉(zhuǎn)錄因子Oct4，并在其他轉(zhuǎn)錄因子輔助下實現(xiàn)體細胞的重編程(TSKM，TSK)。我們建立了TSKM的二次誘導體系，并發(fā)現(xiàn)Tet1對內(nèi)源Oct4的調(diào)節(jié)機制同樣通過

5、DNA的羥甲基化。因此，Tet1對于Oct4的激活不依賴于外源Oct4的表達。在TSKM二次誘導體系中，體細胞重編程能夠在一周內(nèi)實現(xiàn)，并可以在誘導的早期（72小時）觀察到廣泛的轉(zhuǎn)錄水平變化和明顯的5hmC和5mC改變。通過高通量測序等綜合分析，我們發(fā)現(xiàn)在這一重編程中，5hmC參與了多個重要的多能性基因和多能性調(diào)控區(qū)域的去甲基化，5mC與5hmC共同參與了基因組水平的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。這表明在Tet1介導的重編程體系中，DNA甲基化和羥甲基化可能