本文關(guān)鍵詞：USP21調(diào)控小鼠胚胎干細(xì)胞自我更新及重編程的功能及其機(jī)制的研究　出處：《華東師范大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：胚胎干細(xì)胞(Embryonic Stem Cells,ES細(xì)胞)是一類來源于囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)(ICM)的多能干細(xì)胞,這類細(xì)胞具有自我更新能力和多向分化的潛能�；谶@些特性,其在基礎(chǔ)科研和臨床應(yīng)用方面都存在著極為重要的應(yīng)用價值。Oct4,Sox2和Nanog作為胚胎干細(xì)胞核心轉(zhuǎn)錄因子在維持ES細(xì)胞自我更新及多能性中起著至關(guān)重要的作用。其可與其它轉(zhuǎn)錄因子,蛋白修飾因子和表觀修飾因子協(xié)同作用,形成ES細(xì)胞獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò),來維持ES細(xì)胞的自我更新和多能性。蛋白泛素化修飾系統(tǒng)作為一種動態(tài)的修飾過程,能夠更加精密地調(diào)控ES細(xì)胞的命運(yùn)。Nanog是維持干細(xì)胞全能性和促進(jìn)體細(xì)胞重編程的核心轉(zhuǎn)錄因子。其在干細(xì)胞中主要受到等位基因水平、轉(zhuǎn)錄水平和蛋白翻譯后修飾三個層面的調(diào)控。相對于基因轉(zhuǎn)錄水平,Nanog的蛋白翻譯后修飾研究相對較少。Nanog含有降解決定子PEST序列,其在細(xì)胞中的半衰期非常短;蛋白酶體抑制劑能顯著穩(wěn)定Nanog蛋白。研究發(fā)現(xiàn),磷酸化的Nanog能被E3泛素連接酶Fbxw8所識別并發(fā)生泛素化降解。這些研究表明,Nanog的蛋白穩(wěn)定性受到泛素依賴的蛋白酶體途徑所調(diào)控。那么,在ES細(xì)胞或是體細(xì)胞重編程過程中,Nanog是如何維持其穩(wěn)定性的?是否會受到去泛素化酶的調(diào)控?我們采用雙報(bào)告基因的方法,針對Nanog的蛋白穩(wěn)定性進(jìn)行了去泛素化酶(Deubiquitinase,DUB)文庫的高通量篩選,發(fā)現(xiàn)去泛素化酶USP21能夠明顯增強(qiáng)Nanog的蛋白穩(wěn)定性。我們通過進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn):USP21能夠與Nanog發(fā)生直接的相互作用并使其發(fā)生去泛素化,通過穩(wěn)定Nanog的蛋白水平來維持ES細(xì)胞的自我更新。此外,我們通過畸胎瘤的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),下調(diào)USP21能夠阻礙三胚層的形成。更重要的是,過表達(dá)USP21能夠明顯提高體細(xì)胞重編程的效率。ES細(xì)胞在維持多能性的過程中,不僅受到外界環(huán)境(各種細(xì)胞因子等)的影響,而且也受到各種信號通路的精細(xì)調(diào)控。白細(xì)胞抑制因子(Leukocyte Inhibitor Factor,LIF)對于維持ES細(xì)胞的多能性起著重要的作用。我們發(fā)現(xiàn),在ES細(xì)胞中,LIF/JAK/STAT3信號通路能夠激活Usp21的表達(dá),通過穩(wěn)定Nanog蛋白來維持ES細(xì)胞的自我更新。在小鼠ES細(xì)胞分化過程中,FGF4/ERK信號通路處于活化的狀態(tài)。已有研究報(bào)道,活化的ERK通過磷酸化并促進(jìn)Klf2,Klf4等干性轉(zhuǎn)錄因子被泛素化降解,進(jìn)而引起干細(xì)胞的分化。然而,我們的研究闡釋了ERK可通過催化USP21第539位絲氨酸發(fā)生磷酸化修飾,并阻斷USP21與Nanog的相互作用,通過下調(diào)Nanog蛋白穩(wěn)定性來促進(jìn)ES細(xì)胞的分化。我們的工作從不同的角度揭示了 LIF/STAT3和FGF4/ERK信號通路調(diào)控ES細(xì)胞自我更新的新機(jī)制。越來越多的研究表明,表觀遺傳調(diào)控在干細(xì)胞多能性的維持及體細(xì)胞重編程過程中起著關(guān)鍵的作用。組蛋白的泛素化修飾可調(diào)控ES細(xì)胞的自我更新。已有研究報(bào)道,組蛋白H2A的單泛素化并非蛋白質(zhì)降解的信號,而是作為染色質(zhì)狀態(tài)的信號,通過調(diào)控染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其它組蛋白的修飾來調(diào)控干細(xì)胞多能性及體細(xì)胞重編程。然而,H2A單泛素化修飾在ES細(xì)胞中是如何被調(diào)控的仍有待進(jìn)一步研究。我們的工作表明,在ES細(xì)胞中,USP21能夠被Nanog招募至組蛋白上使H2AK119位發(fā)生去泛素化,并提高了 H3K4的三甲基化水平,通過促進(jìn)干性因子的表達(dá)及分化基因的沉默來維持ES細(xì)胞的干性。綜上所述,我們的研究發(fā)現(xiàn)了一個調(diào)控ES細(xì)胞自我更新和體細(xì)胞重編程的新蛋白—USP21。該蛋白不僅能夠維持ES細(xì)胞的干性,還能提高體細(xì)胞重編程的效率。此外,我們還證明了 LIF/STAT3和FGF4/ERK信號通路能夠分別通過調(diào)控Usp21的表達(dá)和USP21的磷酸化,影響Nanog的蛋白穩(wěn)定性,進(jìn)而調(diào)控ES細(xì)胞的干性和iPS效率。最后,我們還證明了 USP21能影響H2AK119位的單泛素化水平,并通過調(diào)控H3K4me3水平來維持ES細(xì)胞的多能性。因此,我們的研究揭示了 USP21在小鼠ES細(xì)胞中的功能及其具體的調(diào)控機(jī)制,為維持干細(xì)胞干性和提高體細(xì)胞重編程效率提供了一個新的靶點(diǎn),同時也為進(jìn)一步研究其在人的ES細(xì)胞及腫瘤干細(xì)胞中的功能提供了相應(yīng)的參考。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：Q23

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 James A Thomson;;Nanog and transcriptional networks in embryonic stem cell pluripotency[J];Cell Research;2007年01期

2 ;Identification of two distinct transactivation domains in the pluripotency sustaining factor nanog[J];Cell Research;2003年06期

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本文編號：1335847