生命科学学院易文团队发现人胚胎干细胞多能性的关键调控因子

　　

目前普遍认为，人胚胎干细胞（hESCs）存在两种不同的多能性状态，即原始态（naive）和始发态（primed）。naive 状态的干细胞类似于胚胎植入前的外胚层，具有最高的发育潜能。primed 状态的干细胞类似于植入后的外胚层，在发育阶段比na?ve干细胞较晚，多能性相对较低。这两种状态的干细胞在形态、克隆形成能力、信号通路、表观遗传特征和代谢等方面存在诸多差异。因此探索不同状态干细胞的稳态维持、分化以及相互转化的分子机制在发育生物学和再生医学领域十分重要。尽管近年对人胚胎干细胞的研究取得了诸多进展，但对于其多能性的调控，尤其是na?ve和primed状态之间相互转化的分子事件，依然不清楚。

乙酰葡萄糖胺修饰（O-GlcNAc）是真核细胞内普遍存在的一种非经典的蛋白糖基化修饰方式。由O-GlcNAc糖基转移酶（OGT）负责在蛋白上添加O-GlcNAc，O-GlcNAc糖苷酶（OGA）将O-GlcNAc从蛋白上去除，具有高度动态性；此外，它与多种信号通路相互串扰，并调节包括转录、翻译、信号转导、代谢重编程、细胞分化和胚胎发育等在内的多种重要的生理过程，以维持细胞及机体的稳态。之前针对O-GlcNAc在干细胞中的研究主要集中于OGT，而对于OGA在其中的作用却鲜有报道。

2024年6月27日，浙江大学生命科学学院生物化学研究所易文教授课题组在Stem Cell Reports杂志在线发表题为“O-GlcNAcase Regulates Pluripotency States of Human Embryonic Stem Cells”的研究论文。该论文被选为7月份出版期刊的封面文章（图1）。该研究以na?ve和primed两种状态的hESCs为研究对象，深入探讨OGA对na?ve和primed hESCs两种多能性状态维持和相互转化的影响，以及调控primed和na?ve两种状态转变的分子机制。该研究扩展了目前对人胚胎干细胞稳态调控的理解，为制备高多能性的胚胎干细胞提供了重要的实验基础。

图1：入选杂志的封面

该研究中，作者首先发现OGA作为去除O-GlcNAc修饰的关键酶，其表达水平在na?ve 干细胞中显著高于primed 干细胞（图2A）。敲低OGA显著抑制na?ve 干细胞的多能性，但对primed细胞的多能性没有影响；OGA的缺失促进na?ve hESCs向primed方向转化（图2B）。

图2：OGA在na?ve 干细胞中高表达

此外，作者发现EP300转录调控OGA进而影响na?ve多能性，并进一步发现EP300可结合到OGA启动子区域，其可能通过对OGA启动子结合区域的表观遗传组蛋白乙酰化修饰来介导OGA转录。进一步的转录组测序发现OGA可以调控干细胞中全局基因表达，通过调节转录调控网络、分化发育通路、MAPK/ERK以及代谢通路等影响干细胞的多能性维持及状态间转化（图3）。

图3：OGA调控干细胞中全局基因表达

最后，作者通过糖基化蛋白组学揭示了primed和na?ve两种状态干细胞的糖基化差异蛋白（图4），为进一步阐明O-GlcNAc糖基化在胚胎干细胞多能性的维持及两种状态相互转化中的重要作用提供了基础。

图4：Primed和na?ve两种状态干细胞的糖基化蛋白组学

浙江大学生命科学学院易文课题组博士生刘倩玉为该论文第一作者。易文教授为该论文的通讯作者。该研究得到国家杰出青年基金项目、重大研究计划集成项目、以及面上项目的支持。

原文链接：https://www.cell.com/stem-cell-reports/fulltext/S2213-6711(24)00151-6