抗衰老新機制,返老還童可能不是夢~
2019.05.08

近日,復旦大學的一項研究揭示一種“年輕因子”可促進人成體細胞的重編程,促進人表皮細胞“返老還童”,變成誘導性多能干細胞。該研究成果在線發表于期刊Science Advances(IF:11.5)。其中RNA測序由安諾基因HiSeq X Ten測序平臺完成。

 

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衰老一直是我們不得不面對的話題,從古代的“靈丹妙藥”到近代的“雞血療法”再到現代的“干細胞治療”,無不透漏著人類對年輕的渴望。“干細胞治療”存在的亂象小編在此暫且不表,但在疾病治療領域中干細胞功不可沒,干細胞是具有自我更新能力的潛在的“永生化”細胞,是挖掘人類發育與衰老奧秘的關鍵,也是實現再生醫學的核心。 

復旦大學的研究揭示一種“年輕因子”可促進人成體細胞的重編程,促進人表皮細胞“返老還童”,變成誘導性多能干細胞。研究報道轉錄因子Bach1通過募集去泛素化酶Usp7來維持多能性因子Nanog,Sox2和Oct4的穩定化;Bach1將多梳蛋白抑制性復合體2(PRC2)募集到基因的啟動子來抑制中內胚層基因的表達。此外,Bach1還抑制Wnt/β-catenin 和Nodal/Smad2/3 信號通路的基因表達,抑制人胚胎干細胞(hESC)向中胚層和內胚層的分化,從而維持干細胞特征和自我更新。因此Bach1是干細胞維持自我更新和決定譜系分化中的關鍵調控因子。

 

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 研究成果

 

01.  Bach1 在hESC中保留干細胞特性

 

經過對敲除(恢復)Bach1的胚胎干細胞免疫印跡分析表明,在Bach1-KO hESCs中堿性磷酸酶(AP)活性低于WT hESCs,但經Dox處理后,Bach1-KO hESCs的AP活性恢復到WT水平;Bach1-KO hESCs增殖較弱,多潛能因子Sox2、Oct4和Nanog蛋白表達水平較低,但經Dox處理后,Bach1-KO hESCs可恢復多潛能因子的增殖和表達。這些結果表明Bach1有助于維持干細胞特性和干細胞自我更新,及將細胞重編程為多能性。


 

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圖1 Bach1敲除前后AP染色的免疫印跡分析

 

02.  Bach1影響Usp7的表達

 

分別用qRT-PCR和Western blot方法檢測WT hESCs和Bach1-KO hESCs中Usp7 mRNA和蛋白的表達情況,并進行定量分析。結果發現,Usp7在Bach1-KO hESCs中的mRNA和蛋白水平均顯著低于WT hESCs,而在Bach1高表達hESCs中的mRNA和蛋白水平均顯著高于Bach1表達正常的hESCs。

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圖2 Bach1影響Usp7的mRNA表達水平

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圖3 Bach1影響Usp7蛋白表達水平

 

03.  Bach1抑制hESC的中內胚層分化

 

通過RNA-seq分析(安諾基因提供測序),發現Bach1的缺失導致1562個基因表達上調和2311個基因表達下調(Fold change>1.5;p<0.05)。Bach1-KO hESCs的中胚層和內胚層發育調節因子的 mRNA 水平比WT hESC中更高,而神經外胚層標記物在Bach1-KO hESCs中的表達低于WT hESCs。通過ChIP-qPCR進一步的研究Bach1發現,Bach1的N-端和C-端區域與EZH2直接相互作用,Bach1在幾個中胚層基因的啟動子區域招募EZH2到Bach1結合位點,從而促進H3K27的三甲基化并抑制中胚層基因的表達。

 

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圖4 Bach1-KO促進hESCs的中內胚層基因表達


04.  Bach1抑制Wnt/β-catenin和Nodal/Smad2/3 信號通路基因的表達

 

 對第3天胚狀體(embryoid body,EB)的RNA-seq分析發現,Bach1-KO hESC比WT hESC的中內胚層基因、Wnt/β-catenin以及Nodal通路基因的表達更高。進一步的CHIP-qPCR分析表明,中內胚層基因啟動子與β-catenin活性形式的結合在Bach1-KO hESCs中比在WT hESCs中更強,而Bach1的缺乏則與Smad2和Smad3這兩個Nodal下游靶基因的表達激活有關。此外,中內胚層基因啟動子與smad2/3的結合在Bach1-KO hESCs中強于WT hESCs。Bach1抑制Wnt/β-catenin和Nodal/Smad2/3 信號通路基因的表達,從而抑制hESCs的中內胚層分化。


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圖5 Bach1抑制中內胚層基因和Wnt信號通路基因的表達


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圖6 Bach1抑制Nadal信號通路基因的表達

 

研究結論


Bach1是干細胞維持自我更新和決定譜系分化中的關鍵調控因子,在中胚層和心血管早期分化過程中起重要作用,有可能成為干細胞治療心血管疾病的新靶標。該項研究結果對于再生醫學領域的相關研究具有重要的科學意義。

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參考文獻


Wei Xiangxiang, Guo Jieyu, Li Qinhan, et al. Bach1 regulates self-renewal and impedes mesendodermal differentiation of human embryonic stem cells[J]. Sci Adv, 2019, 5: eaau7887.
 

文案:轉錄組產品經理 李偉

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