外源 轉錄因子（ OCT4/SOX2/KLF4 ） 在體細胞重編程過程中 互相協(xié)作制衡，引導細胞命運的改變。 研究揭示， OCT4/SOX2 作為先鋒轉錄因子 能夠結合關閉狀態(tài)的染色質，啟動基因表達； KLF 4 能夠協(xié)同 OCT4 和 SOX 2 激活多能性表達，促進重編程 MET 事件發(fā)生 。前期研究發(fā)現(xiàn) KLF 4 能夠導致非重編程細胞的產(chǎn)生，在重編程中具有雙刃劍作用；通過增強 OCT 4 和 SOX 2 的作用能否壓制 KLF4 帶來的副作用尚未知曉。

多能性干細胞（如 ESCs 和 iPSCs ）具有 不同于體細胞的獨特細胞周期特征， 顯著的表現(xiàn)在胚胎干細胞缺少 G1/S 限制點（ checkpoint ），且 S 期 占整個細胞周期比例約為 60%-70% ，遠高于體細胞 S 期所占比例。 在 體細胞重編程過程中，均伴隨細胞周期調控方式以及細胞周期結構的改變，這種改變是否對 細胞命運的改變尚待揭示。此外，目前研究表明，染色質在復制之后，新合成染色質上的表觀遺傳修飾（如 DNA 甲基化、組蛋白修飾等）需要經(jīng)歷 S-G2/M 、在子代細胞 G1 逐漸恢復，這種表觀遺傳的滯后性對子代細胞命運的調控 機制仍然知之甚少。

近期，來自中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院鄭輝團隊在Advanced Science期刊發(fā)表了題為Enhanced Activities of OCT4 and SOX2 Promote Epigenetic Reprogramming by Shortening G1 Phase的文章，揭示了通過融合VP16結構域，增強轉錄因子OCT4和SOX2活性促進細胞重編程中的機制，并闡明了細胞周期結構變化，特別是G1期縮短，在促進重編程過程中的作用機制。

首先 ，研究人員 在重編程過程中使用 VP16 激活域融合到 OCT4 和 SOX2 轉錄因子 上 ，發(fā)現(xiàn) OvSvK （ 過表達 VP16 融合的 OCT4 和 SOX2 以及 KLF 4 ）組合能夠在重編程第 4 天獲得具有嵌合能力的誘導多能干細胞（ iPSCs ）。進一步單細胞測序分析和實驗結果表明， OvSvK 能夠調節(jié)細胞周期結構，縮短 G1 比例、延長 S 期比例，比傳統(tǒng) OSK 重編程更快的建立 ESCs/iPSCs-like 細胞周期結構。緊接著， 在傳統(tǒng) O SK 重編程體系中， 通過 siRNA 文庫對細胞周期基因的篩選，獲得過表達 Ccne1 同時敲降 Ccnd1 和 Cdkn2a 的組合（ CCC ），該組合能夠縮短 G1 期比例， 提高 OSK 重編程 效率 。

接下來，研究人員通過 CUT & Tag 、 ATAC-seq 等數(shù)據(jù)， 分析 OCT4 和 SOX2 激活的下游基因，發(fā)現(xiàn) OS 的直接下游基因在 OvSvK 系統(tǒng)中具有更強的染色質開放水平以及 H3K4me3 修飾 ，表明融合 VP16 加強了 O CT4 和 SOX2 在目標基因的結合能力 ；而非 OS 直接下游、并且在 OvSvK 中高表達的基因則具有較低的 H3K27me3 修飾。該現(xiàn)象在 CCC 體系中也得到了印證，暗示細胞周期結構改變影響表觀修飾在子代細胞的遺傳。

緊接著， 研究結合 Fucci 以及圖像識別細胞周期的方法， 分析了細胞周期不同階段 H3K27me3 和 H3K4me3 的水平 ，發(fā)現(xiàn) H3K27me3 水平 在細胞周期中 波動較大，而 非 OS 直接下游 的基因更容易觀察到 H3K27me3 水平 的波動。 研究揭示 OvSvK G1 期縮短阻礙 H3K27me3 恢復，進而促進基因表達水平的提高。

綜上 所述 ， 該研究闡明了 OvSvK 快速重編程機制，一方面融合 VP16 促進 OS 直接下游基因的表達；另一方面通過改變細胞周期結構、影響組蛋白 H3K27me3 恢復影響基因表達。該研究為理解細胞周期影響細胞命運轉變提供了新視角，為深入理解重編程機制提供了理論支持。

廣州健康院鄭輝研究員和郭琳副研究員、西湖大學裴端卿教授為 該 論文的共同通訊作者，郭琳副研究員為第一作者。

原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202415528

制版人：十一

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