Science：确定ZNF800是肠道干细胞分化为肠内分泌细胞的主抑制因子

人类肠道的不同细胞类型是由肠道干细胞通过分化过程发育而成的。在一项新的研究中，来自荷兰胡布勒支研究所、马克西玛公主儿科肿瘤中心和马斯特里赫特大学的研究人员利用肠道类器官（gut organoids）对1800种人类转录因子进行了系统性CRISPR筛选，发现ZNF800是特定肠道细胞类型---肠内分泌细胞（enteroendocrine cell）---分化的关键调节因子。这一发现可能会对我们了解胃肠道疾病、胃肠道内分泌失调以及胰腺发育和糖尿病产生影响。相关研究结果发表在2023年10月27日的Science期刊上，论文标题为“Unbiased transcription factor CRISPR screen identifies ZNF800 as master repressor of enteroendocrine differentiation”。

人类肠道中含有多种细胞类型，每种细胞类型都有特定的功能。这些细胞类型都来自肠道干细胞。肠道干细胞尚未发生特化，但有潜力成为功能上特化的肠道细胞。

肠道的重要细胞类型包括负责吸收营养的肠上皮细胞（enterocyte）、产生粘液的杯状细胞（goblet cell）、分泌抗菌肽的潘氏细胞（Paneth cell）以及产生多种激素的肠内分泌细胞。肠内分泌细胞分泌的激素能调节消化过程，如营养物吸收、食欲和葡萄糖代谢。

在这项新的研究中，这些作者研究了肠道干细胞如何通过一种称为分化的过程变成肠内分泌细胞。为此，他们使用了肠道类器官：实验室培育的微型器官，可模拟实际肠道的结构和功能。

干细胞交通信号灯

干细胞分化成特定细胞类型是通过基因调控实现的：干细胞DNA中基因的“开启”和“关闭”开关。称为转录因子的蛋白在基因调控中发挥着重要作用，因为它们的任务就是进行基因的开启-关闭切换。

论文第一作者兼论文共同通讯作者、胡布勒支研究所的Lin Lin解释说，“你可以把这比作一个熙熙攘攘的十字路口，不同的道路通向不同的细胞命运，道路上的车辆象征着不同的细胞类型。转录因子就像十字路口的红绿灯，决定着细胞能否沿着特定的方向成为特化细胞。在我们的研究中，我们使用了基因编辑工具CRISPR技术，特异性靶向单个转录因子。这就好比开启或关闭‘交通信号灯’。通过这样做，我们旨在揭示引导细胞沿着预定路线前进的错综复杂的信号系统，就像交通信号灯控制着繁忙城市中车辆的行驶一样。”

作为主抑制因子的ZNF800

这些作者利用CRISPR对人类转录因子的全部序列（包括1800个基因）进行了系统筛选，以找到参与肠道干细胞分化成肠内分泌细胞的转录因子。

Lin说，“通过筛选所有可能的‘交通信号灯’，我们确定了在控制细胞命运决定中起关键作用的特定转录因子。其中的一些转录因子像绿灯一样，促进基因的激活，从而引导细胞走向特定的命运，而另一些转录因子则像红灯一样，抑制某些基因的表达，使细胞走上不同的道路。”

图片来自Science, 2023, doi:10.1126/science.adi2246。

这些作者发现，ZNF800是决定肠道中肠内分泌细胞和其他细胞类型之间平衡的关键转录因子。Lin解释说，“ZNF800的存在对肠内分泌细胞的产生起到了红灯的作用：当我们关闭ZNF800红灯时，我们看到肠道类器官中的肠内分泌细胞显著增加了10倍。与此同时，诸如杯状细胞和潘氏细胞之类的其他肠道细胞类型受到抑制。”

ZNF800还能控制其他参与肠内分泌细胞分化的转录因子的表达，如NEUROG3、INSM1、SOX4和PAX4。Lin说，“这种对分化的调控是分层次进行的，某些转录因子是主调控因子，而其他转录因子则是下游效应因子。我们的研究表明，ZNF800是一种主抑制因子，这意味着它会影响其他转录因子，最终抑制肠内分泌细胞分化。”

临床意义

Lin和她的同事们的这些发现可能会对理解胃肠道疾病和胃肠道内分泌失调产生影响。Lin说，“我们的发现为了解调控人类肠道中细胞命运决定的分子机制提供了重要见解，这对于了解这些疾病并最终开发治疗方法至关重要。”

发现ZNF800会影响诸如PAX4和NEUROG3之类的其他转录因子的这一事实表明它也可能对糖尿病研究产生影响。

Lin总结说，“这些转录因子对调节胰腺中产生胰岛素的β细胞至关重要，因此ZNF800也可能在胰腺发育和糖尿病中发挥作用。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Lin Lin et al. Unbiased transcription factor CRISPR screen identifies ZNF800 as master repressor of enteroendocrine differentiation. Science, 2023, doi:10.1126/science.adi2246.

Human organoid research identifies crucial ‘traffic light’ in gut cell differentiation
https://www.hubrecht.eu/traffic-light-gut-cell-differentiation/