华东师范大学博导连发两篇Molecular Cell文章

来自华东师范大学生命医学研究所，上海市调控生物学重点实验室等处的研究人员针对胚胎干细胞中的Sox2蛋白，进行了深入的研究，发现了Sox2 甲基化-磷酸化开关在决定胚胎干细胞命运过程中的重要作用，这对于进一步了解Sox2这一干性关键因子具有重要意义。

　　生物通报道：来自华东师范大学生命医学研究所，上海市调控生物学重点实验室等处的研究人员发表了题为“A Methylation-Phosphorylation Switch Determines Sox2 Stability and Function in ESC Maintenance or Differentiation”的文章，针对胚胎干细胞中的Sox2蛋白，进行了深入的研究，发现了Sox2 甲基化-磷酸化开关在决定胚胎干细胞命运过程中的重要作用，这对于进一步了解Sox2这一干性关键因子具有重要意义。

文章的通讯作者是华东师范大学博导翁杰敏教授，翁教授曾任美国贝勒医学院细胞及分子生物学系副教授，2007年全职回国后，任华东师范大学生命医学系常务系主任。翁杰敏教授的主要研究方向包括表观遗传学、核激素受体的基因表达调控机制以及人工诱导干细胞等领域。

Sox2是一种多能胚胎干细胞和成体神经干细胞的主控因子。我们对它的印象主要就是它与Oct4、Klf4和c-Myc或Oct4、Lin28及Nanog一起可重编程体细胞为诱导多能干细胞（iPSCs）。Sox2还在食道、气管支气管和细支气管上皮中发挥至关重要的作用。

无疑这一因子是维持胚胎干细胞多能性的一个关键因素，但是迄今为止科学家们并不是十分了解Sox2翻译后修饰调控的情况。为此，在这篇文章中，研究人员围绕胚胎干细胞中Sox2蛋白的表达展开了研究，发现这一蛋白的精确表达水平受到甲基化开关和磷酸化开关的平衡调控。

甲基化是一种重要的组蛋白共价修饰，其通过赋予染色质结构及功能特征，从表观遗传上限定了细胞中的基因表达模式。磷酸化开关也是关键翻译后修饰之一，这两者参与了机体里许多生物学进程。

研究表明，Set7能给Sox2进行单甲基化（monomethylates），作用位置是在K119，这种修饰抑制了Sox2 转录活性，并导致 Sox2 泛素化降解。研究人员发现E3连接酶WWP2能特异性的与K119甲基化的Sox2相互作用，前者的HECT结构域能促进Sox2泛素化。

而AKT1则能在T118位置令Sox2磷酸化，从而通过拮抗 K119me稳定Sox2，反之亦然。

研究人员在小鼠胚胎干细胞实验中发现，AKT1活性要比Set7对Sox2的活性强，从而维持Sox2稳定，维持胚胎干细胞活性。在早期胚胎发育过程中，增加Set7表达量会导致Sox2减少，细胞适度分化。

总而言之，这项研究指出了Sox2 甲基化-磷酸化开关在决定胚胎干细胞命运过程中的重要作用，这对于进一步了解Sox2这一干性关键因子具有重要意义。

此外，今年翁杰敏教授研究组还与中科院研究人员合作，报道了5-羟甲基化胞嘧啶（5hmC）被UHRF2-SRA结构域特异识别的分子机制，首次证实了UHRF2蛋白作为5hmC特异识别蛋白的存在（5hmC specific reader）。

研究团队通过解析UHRF2-SRA与含有5hmC、5mC和C的多种DNA复合物的晶体结构分析不同修饰的胞嘧啶在SRA结合口袋中的差异，并揭示了5hmC的羟基与Thr508形成的一个多余氢键，是UHRF2-SRA对5hmC具有更强亲和力的原因。

研究人员比较UHRF2-SRA-5hmC与UHRF1-SRA-5mC的结构后发现两个氨基酸的差异是UHRF2-SRA特异识别5hmC的结构基础。相对于UHRF1-SRA特异识别半甲基化的DNA（hemi-modified），UHRF2-SRA更偏好结合双边修饰的DNA（fully-modified），研究团队进一步通过一种双边碱基都翻转出来的复合物结构阐明了UHRF2 的NKR loop区域对其双边修饰选择性的影响。这些结果对于更加深入地理解5hmC的功能起着重要的推动作用。(生物通：万纹）

原文摘要：

A Methylation-Phosphorylation Switch Determines Sox2 Stability and Function in ESC Maintenance or Differentiation

Sox2 is a key factor for maintaining embryonic stem cell (ESS) pluripotency, but little is known about its posttranslational regulation. Here we present evidence that the precise level of Sox2 proteins in ESCs is regulated by a balanced methylation and phosphorylation switch. Set7 monomethylates Sox2 at K119, which inhibits Sox2 transcriptional activity and induces Sox2 ubiquitination and degradation. The E3 ligase WWP2 specifically interacts with K119-methylated Sox2 through its HECT domain to promote Sox2 ubiquitination. In contrast, AKT1 phosphorylates Sox2 at T118 and stabilizes Sox2 by antagonizing K119me by Set7 and vice versa. In mouse ESCs, AKT1 activity toward Sox2 is greater than that of Set7, leading to Sox2 stabilization and ESC maintenance. In early development, increased Set7 expression correlates with Sox2 downregulation and appropriate differentiation. Our study highlights the importance of a Sox2 methylation-phosphorylation switch in determining ESC fate.

作者简介：

翁杰敏1984年毕业于武汉大学生物系，1987年获中国科学院细胞生物学研究所硕士学位，1994年获美国Vermont大学微生物学和分子遗传学博士学位。1994年至1997年于美国国立卫生研究所（NIH）从事博士后研究。1997年至2007年在贝勒医学院从事研究工作，先后为助理教授和副教授。2007年受聘为华东师范大学生命医学研究所和生命科学学院教授、博士生导师。目前已在国外核心期刊，包括 Cell，Nature，Science，PNAS, Molecular Cell，Genes & Development， EMBO J等著名杂志发表论文60余篇。

科研方向
翁杰敏实验室主要从事三个方面的研究工作。第一是组蛋白化学修饰及其在基因表达中的作用。目前主要研究内容包括：（1）组蛋白甲基化是如何建立和去除的。（2）组蛋白化学修饰的信息是如何传递和解读的。（3）组蛋白化学修饰在维持干细胞功能中如何起作用的。我们首次报告了在组蛋白H3 9号位赖氨酸甲基化甲状腺激素受体调控基因表达中的作用。我们还研究了H3 9号位赖氨酸甲基化抑制基因表达的作用机制。另外，我们也探索了9号赖氨酸甲基化的信息是如何解读的。我们发现并鉴定了一个新的9号赖氨酸甲基化识别蛋白，并证明了这一蛋白在异质染色体的形成或维持中起重要作用。这些研究不仅奠定了我们在组蛋白修饰方向的工作基础，也为我们最近开展的干细胞表观遗传学研究提供了良好的技术平台。

第二是细胞激素受体调控基因表达的分子机制。细胞核激素受体在胚胎发育、个体生长和发育、代谢、内分泌调控和癌变等多方面起着重要作用。一般而言，这些众多的生物学功能主要是通过其对靶基因表达调控而实现的。这方面主要的研究内容包括核激素受体共激活蛋白(coactivator)的结构功能和作用机制，共阻抑蛋白(corepressor)的作用机制和生物学功能。我们首次分离纯化了共阻抑蛋白SMRT/N-CoR复合体，并阐明了HDAC3在介导 SMRT/N-CoR转录抑制功能中的重要作用。另外我们最近发现了一个新的雄性激素受体共激活蛋白，这个共激活蛋白能特异促进雄性激素受体DNA结合能力。初步的研究表明这一蛋白在大部分前列腺癌样品中有过量表达，因此有望成为一个新的前列腺癌的分子标记物和治疗靶标。

第三个研究方向是人工诱导全能干细胞。全能胚胎干细胞在再生医学和疾病治疗上具有广阔的前景，然而其应用却受到来源及伦理的制约。我们将研究直接用蛋白质转染细胞的方法诱导产生全能干细胞的可能性。