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Cell Res.:康九红研究组发现Sox2促进iPSC形成的miRNA/DNMT机制

来源:生物谷 2012-12-27 16:31

2012年12月25日,Cell Research 在线发表了同济大学生命科学与技术学院康九红教授研究组关于内源miRNA-29b介导关键重编程因子Sox2的功能,并直接调控DNA甲基转移酶(DNMT3a/3b),从而调节诱导多能干细胞(iPSC)形成的研究成果。该成果是由博士生郭旭东和刘起东共同完成的。

2012年,诺贝尔生理学与医学奖授予了iPSC在内的细胞重编程技术和发现。iPSC具有和胚胎干细胞(ESC)类似的特征和功能,却极大程度避免了ESC研究和应用中面临的伦理和排斥等诸多障碍,因此这一新技术给基于干细胞的个性化治疗和再生医学带来了光明的前景。诺贝尔奖得主Yamanaka教授及后来的大量研究都表明Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc(OSKM)等转录因子对iPSC的形成具有至关重要的作用,但是对于上述转录因子激发iPSC形成的机制尚不明确。

之前有研究显示利用DNA甲基化酶抑制剂(5-AZA)抑制DNA甲基转移酶(DNMT)活性可以显著提高iPSC的形成效率,而DNMT缺失的iPSC分化潜能受到限制,显示DNMT在iPSC形成中具有非常关键而复杂的作用,在iPSC形成前期,DNMT是需要克服的“障碍”,后期是正常功能必需的分子。郭旭东和刘起东的研究也发现,在iPSC形成过程中,DNMT3a/3b的表达呈现先降低后升高的变化趋势。那么,在iPSC形成过程中,OSKM是如何对细胞内的DNMT水平进行精细调控,使得最终形成的iPSC具有正常和稳定的基因转录调控模式,以及正常的发育潜能呢?康九红教授组的研究成果首次发现,小鼠胚胎成纤维细胞(MEFs)中一个内源性的小非编码RNA(miR-29b)能够在诱导早期过程中特异性的介导重编程因子Sox2的调节作用,并直接作用于下游基因Dnmt3a和Dnmt3b的3’UTR区域而降低其表达水平,从而提高iPSC的诱导效率。同时,利用miR-29b和四因子共同诱导得到的iPSC具有与ESC类似的特征和完整的发育潜能,并且发现miR-29b –DNMT signaling参与的DNA甲基化相关事件还参与调节成纤维细胞重编程中的细胞类型转变(MET),以及维持关键印记区域(Dlk1-Dio3区域)的激活状态。上述结果显示miR-29b是体细胞重编程过程中DNMT的一个内源调节者,既有助于提高iPSC的诱导效率,又能通过调控MET相关基因表达和关键基因区域转录而保持iPSC发育完整性。该研究成果增加了我们对关键重编程因子Sox2参与调节iPSC形成的miRNA机制了解,同时对重编程过程中如何获得完整形态的iPSC也具有一定的指导意义。

本研究工作得到科技部973项目、科技部国际合作项目、国家自然科学基金委项目、教育部创新团队以及上海市科委项目的支持。(生物谷Bioon.com)

microRNA-29b is a novel mediator of Sox2 function in the regulation of somatic cell reprogramming

Xudong Guo, Qidong Liu, Guiying Wang, Songcheng Zhu, Longfei Gao,Wujun Hong, Yafang Chen, Minjuan Wu, Houqi Liu, Cizhong Jiang andJiuhong Kang

Fibroblasts can be reprogrammed into induced pluripotent stem cells (iPSCs) by the application of Yamanaka factors (OSKM), but the mechanisms underlying this reprogramming remain poorly understood. Here, we report that Sox2 directly regulates endogenous microRNA-29b (miR-29b) expression during iPSC generation and that miR-29b expression is required for OSKM- and OSK-mediated reprogramming. Mechanistic studies show that Dnmt3a and Dnmt3b are in vivo targets of miR-29b and that Dnmt3a and Dnmt3b expression is inversely correlated with miR-29b expression during reprogramming. Moreover, the effect of miR-29b on reprogramming can be blocked by Dnmt3a or Dnmt3b overexpression. Further experiments indicate that miR-29b-DNMT signaling is significantly involved in the regulation of DNA methylation-related reprogramming events, such as mesenchymal-to-epithelial transition (MET) and Dlk1-Dio3 region transcription. Thus, our studies not only reveal that miR-29b is a novel mediator of reprogramming factor Sox2 but also provide evidence for a multistep mechanism in which Sox2 drives a miR-29b-DNMT signaling axis that regulates DNA methylation-related events during reprogramming.

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