窦亚丽：直击干细胞表观遗传调控

　　

生物通报道：表观遗传调控，尤其是细胞核内染色体高级组织形式，是目前干细胞研究领域的前沿和热点问题。包括胚胎干细胞和诱导干细胞在内的多能干细胞能利用遗传学和表观遗传学的一种复杂网络，来维持自我更新和多向分化之间的精密平衡。

  近期来自密歇根大学病理学和生物化学系，山东大学等处的研究人员揭示了一种称作Mof的蛋白在维持干细胞干性（stem-ness）方面起至关重要的作用，并启动小鼠中的干细胞转变为了特化细胞。这一干细胞表观遗传调控研究新成果公布在Cell Stem Cell杂志上。

  文章的通讯作者是密歇根大学的窦亚丽（Yali Dou, Ph.D.）博士，其早年毕业于北京大学医学院（Peking University Health Center），主要研究方向为表观遗传学，组蛋白质组学方面。为了深入了解这项重要研究成果，生物通特联系了窦博士，就读者感兴趣的问题请教了她。

干细胞表观遗传学

  表观遗传调控，尤其是细胞核内染色体高级组织形式，是目前干细胞研究领域的前沿和热点问题。包括胚胎干细胞和诱导干细胞在内的多能干细胞能利用遗传学和表观遗传学的一种复杂网络，来维持自我更新和多向分化之间的精密平衡。

  近期高通量基因组研究工具的发展，极大的促进了多能干细胞表观遗传调控这一研究领域，不断有证据表明一些表观遗传途径，比如DNA，组蛋白和核小体的修饰，存在广泛的串扰。而且一些新型绘图工具（绘制染色体结构和染色体-核基质相互作用的图谱）也首次描绘出了基因组的三维结构，以及一种将已有表观调控基因组数据整合在一起的框架，从而能发现更多关于基因调控的新机制。

直击干细胞表观遗传调控

   窦亚丽博士与她的同事一道，发现组蛋白乙酰转移酶Mof在维持ESC自我更新和多能性中发挥了至关重要的作用。人类MOF隶属于MYST组蛋白乙酰转移酶家族，是人体内催化H4K16乙酰化的主要的组蛋白乙酰转移酶，在早期胚胎发育、DNA损伤修复和癌症发生等过程中发挥非常关键的作用。
 
   窦亚丽博士多年来从事Mof研究，对于Mof在干细胞生物学中的错综复杂性感到困惑不解，他们为了解开这个酶的关键作用，分析了当DNA缠绕组蛋白时往DNA上添加临时标签的因子，结果发现Mof缺失ESCs失去了特征性形态、碱性磷酸酶（AP）染色和分化潜能。这些细胞的核心转录因子Nanog、Oct4和Sox2显示异常表达。值得注意的是，研究人员发现当Nanog过表达时可部分抑制无Mof 的ESCs表型，表明在ESCs 中Mof在功能上充当了Nanog 的上游调控因子。

   窦亚丽博士说：“简而言之，Mof调控了核心转录机制，没有它细胞就不会是干细胞。细胞中存在着许多称为组蛋白乙酰转移酶的蛋白，但只有MOF在未分化细胞中是重要的。”
“考量干细胞生物学，自我更新是使得干细胞独特且强大的一个方面，分化则是另一个方面。人们将大量的注意力放在了可使细胞未来用于治疗的分化上，但其实干细胞本身也相当的有吸引力。到目前为止，Mof是唯一发现支持胚胎干细胞干性的组蛋白乙酰转移酶。”

基因组染色质免疫共沉淀技术（ChIP-Seq）

  这项研究采用了多种重要的技术，比如基因组染色质免疫共沉淀技术（ChIP-Seq），这是一种将染色质免疫共沉淀技术与第二代测序技术相结合的新方法，能够高效地在全基因组范围内检测与组蛋白、转录因子等互作的 DNA 区段。

   ChIP-Seq 的原理为首先通过染色质免疫共沉淀技术（ ChIP ）特异性地富集目的蛋白结合的 DNA 片段,并对其进行纯化与文库构建，然后对富集得到的 DNA 片段进行高通量测序，研究人员通过将获得的数百万条序列标签精确定位到基因组上，从而获得全基因组范围内与组蛋白、转录因子等互作的 DNA 区段信息。

  在这项研究中，研究人员利用这一技术进一步证实了Mof是ESC核心转录网络的一个必需元件，Mof主导了不同发育程序的基因。此外，Mof也是关键调控位点Wdr5招募和H3K4甲基化作用的必要条件，从而突显了在胚胎干细胞中各种染色质调控因子的复杂性相互关联。

  
预了解窦亚丽博士研究组更多信息，请查看：
http://www.biochem.med.umich.edu/?q=dou

原文摘要：
The Histone Acetyltransferase MOF Is a Key Regulator of the Embryonic Stem Cell Core Transcriptional Network

Pluripotent embryonic stem cells (ESCs) maintain self-renewal and the potential for rapid response to differentiation cues. Both ESC features are subject to epigenetic regulation. Here we show that the histone acetyltransferase Mof plays an essential role in the maintenance of ESC self-renewal and pluripotency. ESCs with Mof deletion lose characteristic morphology, alkaline phosphatase (AP) staining, and differentiation potential. They also have aberrant expression of the core transcription factors Nanog, Oct4, and Sox2. Importantly, the phenotypes of Mof null ESCs can be partially suppressed by Nanog overexpression, supporting the idea that Mof functions as an upstream regulator of Nanog in ESCs. Genome-wide ChIP-sequencing and transcriptome analyses further demonstrate that Mof is an integral component of the ESC core transcriptional network and that Mof primes genes for diverse developmental programs. Mof is also required for Wdr5 recruitment and H3K4 methylation at key regulatory loci, highlighting the complexity and interconnectivity of various chromatin regulators in ESCs.

作者简介：
窦亚丽简介
B.S.：北京大学
Ph.D.：罗切斯特大学
Postdoctoral：洛克菲勒大学
研究领域：

Heritable changes in gene expression can occur without changes in DNA sequence. It has emerged that histones, the basic components organizing a eukaryotic genome into hierarchical chromatin structures, are major carriers of epigenetic information. The variation is largely encoded by numerous and often evolutionarily conserved covalent modifications of histones, including methylation, acetylation, phosphorylation and ubiquitylation. Through histone modifications, chromatin modification enzymes act either synergistically or antagonistically in regulating transcription, cell cycle progression, DNA damage repair, and DNA replication. Given the fundamental roles of histone modifications in organizing chromatin and maintaining proper gene functions, it is not surprising that mutations in chromatin modifying enzymes are often found in human diseases.

Our broad objectives are to understand the epigenetic regulation of various cellular processes through chromatin modifying enzymes. Using biochemical approaches and mouse models, we are currently focusing on the regulation of histone H3 lysine 4 methyltransferase MLL and histone acetyltransferase MOF, two enzymes that function coordinately in transcription activation. We are also exploring how disruption of their functions leads to carcinogenesis. Given that MLL deregulation (deletion, amplification and translocation) are found in mix lineage leukemia, a thorough understanding of the mechanism for its action and regulation allows us to develop specific inhibitors as novel chemotherapeutic agents.

荣誉：
2012  Leukemia & Lymphoma Society Scholar Award
2011  Stand Up to Cancer IRG Award
2010   AACR Gertrude B. Elion Cancer Research Award
2010  American Cancer Society RSG Award
2007  Biomedical Science Scholar, University of Michigan
2004-2007 The Irvington Institute for Immunological Research Fellowship