iPS首席科学家PNAS文章解析关键转录因子

　　

生物通报道：来自中国科学院上海生命科学研究院，上海交通大学医学院健康科学研究所，干细胞生物学重点实验室，芝加哥大学等处的研究人员发现了Oct4的新的靶基因Stk40（serine/threonie kinase 40），Oct4是参与调控胚胎干细胞自我更新和维持其全能性的最为重要的转录因子之一，同时也是体外建立诱导多功能干细胞（iPS）的关键基因，因此这一研究对于深入了解胚胎干细胞的自我更新与分化具有重要的意义。这一研究成果公布在《PNAS》杂志上。

领导这一研究的是现任中国科学院干细胞生物学重点实验室主任的金颖博士，其早年毕业于中国医科大学，在获得北京协和医科大学/中国医学科学院的博士学位后远赴美国求学，曾在美国北德克萨斯州大学医学中心和德克萨斯大学西南医学中心进行博士后研究工作，2000年回国。

胚胎干细胞(ES cells)来源于植入前胚胎囊胚期的内细胞团，具有自我更新和全能性的特点。ES细胞的自我更新和全能性特性是由细胞外信号分子和细胞内的关键转录因子共同调控的，如Oct4和Nanog等。

研究表明，以Oct4为代表的关键转录因子对于ES细胞保持未分化状态至关重要；而Erk/MAPK通路对于ES细胞的分化是必不可少的。然而，细胞内转录因子与细胞外信号通路之间是如何调控的，它们对于ES细胞分化命运的决定有何意义，关于这方面的研究报道还较少。

在这篇文章中，研究人员发现了Oct4的新的靶基因Stk40（serine/threonie kinase 40）。他们的研究证明Stk40能够激活Erk/MAPK通路，并能诱导小鼠ES细胞向胚外内胚层（extraembryonic endoderm, ExEn）方向分化。当Stk40高表达的细胞注入小鼠囊胚时，这些细胞能整合并进一步参与嵌合胚胎中胚外内胚层的发育；而Stk40缺失则导致ES 细胞向胚外内胚层方向分化的能力显著降低。

进一步的研究表明，Stk40能够与Rcn2相互作用。Rcn2表达于早期发育中的胚外内胚层区域，并作为重要的调控分子参与Erk/MAPK通路的激活以及胚外内胚层分化。抑制Rcn2的表达，能够阻止Stk40对Erk1/2的激活和ES细胞的分化。这表明，二者相互作用，协同参与了胚外内胚层的分化调控。

这一研究不但发现了胚外内胚层分化的新的调控因子，并进一步将多能性转录因子Oct4与Erk/MAPK信号通路建立起了联系；Oct4通过调控Erk/MAPK信号通路组分的表达水平参与胚外内胚层分化的调控。这为深入理解ES细胞自我更新与分化，以及胚胎早期发育的调控机制提供了新的思路。

该研究工作得到了生化与细胞所李劲松课题组的协助，得到国家自然科学基金、国家高技术研究与发展计划，上海市优秀学科带头人计划、上海市教育委员会重点学科建设项目和科学院创新项目等的支持。

金颖博士在干细胞研究方面获得了颇多成果，比如其研究组曾通过亲和层析和蛋白质质谱分析发现了一个与Oct4和Sox2共同特异性调控FGF4表达的核蛋白，PARP1。还曾与上海新华医院陈方教授合作，从孕妇产前诊断的羊水细胞中高效快速地建立了诱导多能干细胞。

这些研究成果都为重编程的机制研究以及基于新型技术探讨重编程的研究提供了新的依据，也为深入理解ES细胞自我更新与分化，以及胚胎早期发育的调控机制提供了新的思路。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Stk40 links the pluripotency factor Oct4 to the Erk/MAPK pathway and controls extraembryonic endoderm differentiation

Self-renewal and differentiation of embryonic stem cells (ESCs) are controlled by intracellular transcriptional factors and extracellular factor-activated signaling pathways. Transcription factor Oct4 is a key player maintaining ESCs in an undifferentiated state, whereas the Erk/MAPK pathway is known to be important for ESC differentiation. However, the manner in which intracellular pluripotency factors modulate extracellular factor-activated signaling pathways in ESCs is not well understood. Here, we report identification of a target gene of Oct4, serine/threonine kinase 40 (Stk40), which is able to activate the Erk/MAPK pathway and induce extraembryonic–endoderm (ExEn) differentiation in mouse ESCs. Interestingly, cells overexpressing Stk40 exclusively contribute to the ExEn layer of chimeric embryos when injected into host blastocysts. In contrast, deletion of Stk40 in ESCs markedly reduces ExEn differentiation in vitro. Mechanistically, Stk40 interacts with Rcn2, which also activates Erk1/2 to induce ExEn specification in mouse ESCs. Moreover, Rcn2 proteins are specifically located in the cytoplasm of the ExEn layer of early mouse embryos. Importantly, knockdown of Rcn2 blocks Stk40-activated Erk1/2 and ESC differentiation. Therefore, our study establishes a link between the pluripotency factor Oct4 and the Erk/MAPK signaling pathway, and it uncovers cooperating signals in the Erk/MAPK activation that control ExEn differentiation.

作者简介：

金 颖

博士，研究员，博士生导师，教授

发育生物学研究组组长

地址：重庆南路225号一号楼607室
电话：63852591
Email: [e-mail]

学习经历
1978-1983 中国医科大学医学学士
1983-1988 北京协和医科大学/中国医学科学院基础医学研究所理学博士
1988-1994 美国北德克萨斯州大学医学中心博士后
1994-1999 美国德克萨斯大学西南医学中心博士后

工作简历
2000-至今 上海交通大学医学院基础医学院研究员、分子发育生物学研究室主任
2001-至今 健康科学研究所干细胞研究课题组组长
2006-至今 中国科学院干细胞生物学重点实验室主任

荣誊(证书,称号,会员)
International Society for Stem Cell Research会员

主要成果
1. 成功地建立起胚胎干细胞水平研究蛋白质和蛋白质-DNA之间相互作用的技术平台。利用亲和纯化及酵母双杂交等技术筛选出多个与胚胎干细胞全能性因子Oct-3/4相互作用的蛋白质，通过质谱分析发现一个新的蛋白因子Wwp2，Wwp2专一性地与Oct-3/4作用，是Oct-4的E3泛素化连接酶。利用染色质免疫沉淀等方法发现并研究了Oct-3/4的新的下游基因及Oct-3/4对基因表达调控的分子机制。
2. 建立正常受精及孤雌激活胚胎来源的小鼠ES细胞系，为体外研究ES细胞增殖分化提供了良好的模型；而孤雌干细胞系又有助于基因组印迹及表观遗传在发育中的作用机制的研究。
3. 建立了人的胚胎干细胞系并实现无滋养层培养和人胚胎干细胞向神经细胞的定向诱导分化。