2020年12月22日[HY1] ，中國醫(yī)學科學院基礎(chǔ)醫(yī)學研究所黃粵和余佳團隊在The EMBO Journal發(fā)表了“hnRNPLL controls pluripotency exit of embryonic stem cells by modulating alternative splicing of Tbx3 and Bptf”的論文。研究報道了hnRNPLL通過調(diào)控Bptf、Tbx3等關(guān)鍵基因mRNA的可變剪接促進胚胎干細胞退出多能性的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控新機制。
胚胎干細胞（Embryonic stem cell, ESC）具有可體外培養(yǎng)、無限增殖、自我更新和多向分化的特性，在適當條件下可誘導生成不同類型的細胞、組織。ESC從多能性狀態(tài)退出、打破維持ESC多能性的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，是ESC進入譜系分化程序的首要步驟。轉(zhuǎn)錄后調(diào)控（Post-transcriptional gene regulation，PTGR）是真核基因表達調(diào)控的重要環(huán)節(jié)。有研究指出，PTGR啟動了ESC多能性的退出，因為自我更新相關(guān)基因mRNA水平的迅速下降，早于其轉(zhuǎn)錄水平的沉默。而RNA的各種轉(zhuǎn)錄后調(diào)控過程均由RNA結(jié)合蛋白（RNA binding protein，RBP）參與和介導完成。
該研究工作系統(tǒng)性篩查了RBP在ESC退出多能性中可能的功能，發(fā)現(xiàn)7個RBP的缺失會不同程度影響小鼠ESC退出多能性。其中，hnRNPLL缺失會導致ESC在分化狀態(tài)下自我更新基因不能正常下降，ESC的體內(nèi)、外分化能力嚴重受損，過表達hnRNPLL則能顯著促進ESC退出多能性。
hnRNPLL互作蛋白質(zhì)組分析發(fā)現(xiàn)其在ESC中主要與RNA剪接復合體相互作用，可能參與調(diào)控RNA剪接。進一步對hnRNPLL-/- ESC中RNA可變剪接及hnRNPLL所結(jié)合靶RNA進行系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)hnRNPLL促進了一系列在ESC退出多能性過程中增加的可變外顯子跳躍（exon skipping）事件，而hnRNPLL的缺失則抑制了這些可變外顯子的跳躍，導致退出多能性障礙。隨后作者詳細研究了hnRNPLL對重要多能性調(diào)控因子Tbx3和Bptf mRNA可變剪接的調(diào)控。發(fā)現(xiàn)Tbx3 exon2a 和Bptf exon24a均是可變外顯子，包含該可變外顯子的轉(zhuǎn)錄本起到維持ESC多能性的作用，而不包含該外顯子的轉(zhuǎn)錄本則發(fā)揮相反功能，hnRNPLL則通過抑制該可變外顯子的選擇促進ESC退出多能性。在hnRNPLL-/- ESC中特異敲除Tbx3 exon2a 和Bptf exon24a則能部分恢復其退出多能性的缺陷。通過本研究，作者認為hnRNPLL所介導的RNA可變剪接在ESC多能性退出中發(fā)揮關(guān)鍵作用，為研究轉(zhuǎn)錄后調(diào)控在ESC多能性退出中的功能機制提供了有價值的資源和參考，并提出了可通過靶向RBP優(yōu)化ESC體外分化系統(tǒng)、加速ESC再生醫(yī)學應(yīng)用的新途徑和思路。
圖1. hnRNPLL通過調(diào)控Bptf、Tbx3等關(guān)鍵基因mRNA的可變剪接促進ESC退出多能性
本研究工作得到中國醫(yī)學科學院醫(yī)學與健康科技創(chuàng)新工程（2016-I2M-3-002, 2019-I2M-2-001,2017-I2M-3-009）等項目的資助。中國醫(yī)學科學院基礎(chǔ)醫(yī)學研究所黃粵研究員、余佳研究員、馬艷妮副研究員和南方醫(yī)科大學王棟研究員為論文共同通訊作者，中國醫(yī)學科學院基礎(chǔ)醫(yī)學研究所王雪博士后、平昌昀博士研究生和南方醫(yī)科大學譚普文博士研究生為論文的共同第一作者。
論文鏈接：https://www.embopress.org/doi/epdf/10.15252/embj.2020104729
