發(fā)布時間：2017-12-26 04:35

  本文關鍵詞：USP21調控小鼠胚胎干細胞自我更新及重編程的功能及其機制的研究　出處：《華東師范大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：胚胎干細胞(Embryonic Stem Cells,ES細胞)是一類來源于囊胚內細胞團(ICM)的多能干細胞,這類細胞具有自我更新能力和多向分化的潛能。基于這些特性,其在基礎科研和臨床應用方面都存在著極為重要的應用價值。Oct4,Sox2和Nanog作為胚胎干細胞核心轉錄因子在維持ES細胞自我更新及多能性中起著至關重要的作用。其可與其它轉錄因子,蛋白修飾因子和表觀修飾因子協(xié)同作用,形成ES細胞獨特的轉錄調控網絡,來維持ES細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,能夠更加精密地調控ES細胞的命運。Nanog是維持干細胞全能性和促進體細胞重編程的核心轉錄因子。其在干細胞中主要受到等位基因水平、轉錄水平和蛋白翻譯后修飾三個層面的調控。相對于基因轉錄水平,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控。那么,在ES細胞或是體細胞重編程過程中,Nanog是如何維持其穩(wěn)定性的?是否會受到去泛素化酶的調控?我們采用雙報告基因的方法,針對Nanog的蛋白穩(wěn)定性進行了去泛素化酶(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Nanog的蛋白穩(wěn)定性。我們通過進一步的研究發(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細胞的自我更新。此外,我們通過畸胎瘤的實驗發(fā)現(xiàn),下調USP21能夠阻礙三胚層的形成。更重要的是,過表達USP21能夠明顯提高體細胞重編程的效率。ES細胞在維持多能性的過程中,不僅受到外界環(huán)境(各種細胞因子等)的影響,而且也受到各種信號通路的精細調控。白細胞抑制因子(Leukocyte Inhibitor Factor,LIF)對于維持ES細胞的多能性起著重要的作用。我們發(fā)現(xiàn),在ES細胞中,LIF/JAK/STAT3信號通路能夠激活Usp21的表達,通過穩(wěn)定Nanog蛋白來維持ES細胞的自我更新。在小鼠ES細胞分化過程中,FGF4/ERK信號通路處于活化的狀態(tài)。已有研究報道,活化的ERK通過磷酸化并促進Klf2,Klf4等干性轉錄因子被泛素化降解,進而引起干細胞的分化。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Nanog蛋白穩(wěn)定性來促進ES細胞的分化。我們的工作從不同的角度揭示了 LIF/STAT3和FGF4/ERK信號通路調控ES細胞自我更新的新機制。越來越多的研究表明,表觀遺傳調控在干細胞多能性的維持及體細胞重編程過程中起著關鍵的作用。組蛋白的泛素化修飾可調控ES細胞的自我更新。已有研究報道,組蛋白H2A的單泛素化并非蛋白質降解的信號,而是作為染色質狀態(tài)的信號,通過調控染色質的結構及其它組蛋白的修飾來調控干細胞多能性及體細胞重編程。然而,H2A單泛素化修飾在ES細胞中是如何被調控的仍有待進一步研究。我們的工作表明,在ES細胞中,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,通過促進干性因子的表達及分化基因的沉默來維持ES細胞的干性。綜上所述,我們的研究發(fā)現(xiàn)了一個調控ES細胞自我更新和體細胞重編程的新蛋白—USP21。該蛋白不僅能夠維持ES細胞的干性,還能提高體細胞重編程的效率。此外,我們還證明了 LIF/STAT3和FGF4/ERK信號通路能夠分別通過調控Usp21的表達和USP21的磷酸化,影響Nanog的蛋白穩(wěn)定性,進而調控ES細胞的干性和iPS效率。最后,我們還證明了 USP21能影響H2AK119位的單泛素化水平,并通過調控H3K4me3水平來維持ES細胞的多能性。因此,我們的研究揭示了 USP21在小鼠ES細胞中的功能及其具體的調控機制,為維持干細胞干性和提高體細胞重編程效率提供了一個新的靶點,同時也為進一步研究其在人的ES細胞及腫瘤干細胞中的功能提供了相應的參考。
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：Q23

【參考文獻】

相關期刊論文 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