中国学者发现Oct4在生成诱导干细胞中的作用

　　

　POU家族转录因子Oct4在调节干细胞多能性及生成诱导干细胞（iPSC）过程中发挥重要作用，然而，其与DNA特异性识别的分子机制尚不清楚。传统观点认为，Oct4与DNA的识别主要依赖其POUs和POUh结构域和DNA大沟的结合，忽视了进化中高度保守且富含碱性残基的POUh结构域N端RK序列以及连接两个结构域之间Linker序列的贡献。

　　中国科学院上海药物研究所研究人员综合利用分子模拟和生物实验，揭示了Oct4的RK序列与DNA小沟相互作用在其特异性识别及转录激活过程中的重要性。

    以此为基础，研究人员进一步发现，Linker结构中的酸性氨基酸可以与RK序列中的碱性氨基酸形成氢键相互作用，通过分子内自调控方式对该识别过程进行更加精细的调控。定点突变破坏分子内氢键作用后，Oct4与DNA的亲和力明显增强，其转录激活及诱导生成iPSC的效率都得到显著提高。

    该研究结果不仅揭示了分子内自调控机制在Oct4识别DNA及诱导生成iPSC中的重要性，该研究中发现的Oct4功能增强型突变将为进一步阐释Oct4的多能性调控研究提供工具，并将有助于获得更多“病人特异性iPSC”用于再生医学研究。同时，鉴于RK序列和Linker序列的保守性，该机制可能同样适用于其他POU家族成员。该研究成果于4月13日在线发表于国际期刊《核酸研究》（Nucleic Acids Research）。

　　论文第一作者为上海药物所的孔祥谦和刘健，通讯作者为研究员罗成和谢欣。该研究工作得到了科技部重大科学研究计划和药靶发现与药物分子设计“863”计划课题、中科院“干细胞与再生医学”先导专项、国家自然科学基金的资助。该研究也获得了中科院计算机网络信息中心、上海超算中心和天津超算中心在计算资源上的大力支持。

原文摘要：

Functional interplay between the RK motif and linker segment dictates Oct4–DNA recognition

The POU family transcription factor Oct4 plays pivotal roles in regulating pluripotency and somatic cell reprogramming. Previous studies have indicated an important role for major groove contacts in Oct4–DNA recognition; however, the contributions of the RK motif in the POUh domain and the linker segment joining the two DNA-binding domains remain poorly understood. Here, by combining molecular modelling and functional assays, we find that the RK motif is essential for Oct4–DNA association by recognizing the narrowed DNA minor groove. Intriguingly, computational simulations reveal that the function of the RK motif may be finely tuned by H-bond interactions with the partially disordered linker segment and that breaking these interactions significantly enhances the DNA binding and reprogramming activities of Oct4. These findings uncover a self-regulatory mechanism for specific Oct4–DNA recognition and provide insights into the functional crosstalk at the molecular level that may illuminate mechanistic studies of the Oct protein family and possibly transcription factors in the POU family. Our gain-of-function Oct4 mutants might also be useful tools for use in reprogramming and regenerative medicine.