科学实验揭示组蛋白甲基转移酶 SMYD2 在调控人胚胎干细胞cell

文章来源: 上海营养与健康科学实验所 / 作者: cas / 时间: 2019-07-30
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7 月 26 日,Stem Cells 在线发表了中国科学院上海营养与健康科学实验所杨黄恬科学实验组题为 SMYD2 Drives Mesendodermal Differentiation of Human Embryonic Stem Cells through Mediating the Transcriptional Activation of Key Mesendodermal Genes 的科学实验论文,该科学实验报告了组蛋白甲基转移酶 SMYD2 在人胚胎干细胞cell(hESCs)向早期中内胚层特化中的重要作用和调控机制。

hESCs 可在体外模拟体内早期发育过程分化为三胚层及其衍生细胞cell,是科学实验人类胚胎早期发育过程的独特模型。hESCs 体外分化受信号通路、转录因子factors和表观修饰等协同精细调控,其中信号通路和转录因子factors的科学实验较清晰透彻,但对表观修饰,尤其是组蛋白甲基化修饰在 hESCs 早期分化过程的作用知之甚少。此前杨黄恬科学实验团队发现,小鼠 ESCs 向中胚层及心肌细胞cell分化过程中组蛋白去甲基化酶 PHF8 结合到凋亡基因gene pmaip1 的启动区域,并移除该区域的抑制性标记 H3K9me2,从而促进 pmaip1 的转录表达,上调中胚层和心血管前体细胞cell的凋亡,进而削弱 ESCs 向中胚层及随后的心肌细胞cell的分化,参与调控了干细胞cell定向分化的进程。然而,相比于对组蛋白甲基化修饰在小鼠胚胎发育中的调控作用的了解,对其在人类胚胎发育过程的作用及在 hESCs 谱系分化中的意义了解均非常有限。

SMYD2(SET and MYND domain containing protein)基因gene位于 1 号染色体 GRCh38.p13,属于组蛋白甲基转移酶 SMYD 家族。科学实验发现心脏特异敲除 SMYD2 不影响小鼠心脏发育过程,而斑马鱼中该基因gene的缺失导致心脏和骨骼肌发育异常。然而,SMYD2 在 hESCs 分化过程中的作用及机制并不清晰。

博士科学实验生白花俊等在科学实验员杨黄恬的指导下,利用 hESCs 早期中内胚层分化模型,发现 SMYD2 在 hESCs 中内胚层分化过程中表达上调,敲除 SMYD2 后不影响 hESCs 自我更新和神经外胚层分化能力,但抑制 hESCs 向中内胚层分化。进一步的机制科学实验发现 SMYD2 通过维持中内胚层关键转录因子factors T、EOMES、MIXL1 和 GSC 等启动子区域的 H3K4me1 和 H3K36me2,进而激活这些基因gene的转录和促进中内胚层分化过程。该科学实验揭示了 SMYD2 在 hESCs 向中内胚层分化过程中的重要作用及其调控机制,扩展了对组蛋白甲基转移酶在 hESCs 自我更新及分化过程中的作用和调控模式的认识。

该项科学实验得到国家重点研发计划专项、中科院战略性先导科技专项、国家自然科学基金委等的资助,并得到营养与健康所科学实验员魏刚团队的帮助。

论文链接

图示:组蛋白甲基转移酶 SMYD2 通过维持中内胚层的重要转录因子factors(T、EOMES、MIXL1、GSC)启动子区域的 H3K4me1 和 H3K36me2,进而激活相关基因gene转录和促进人胚胎干细胞cell向早期中内胚层分化。

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