有丝分裂退出过程中多能干细胞基因组再激活的协调机制

本文推荐：这项研究开发了新型报告系统（Cdt1-MD），首次实现无需药物同步即可解析多能干细胞（PSCs）有丝分裂退出时的动态过程。通过高精度时序分析（30分钟分辨率），揭示了OCT4/SOX2/NANOG（OSN）转录因子（TFs）的层级互作网络：OCT4和SOX2通过先驱因子活性在后期-末期过渡阶段快速重占基因组，驱动染色质开放；而NANOG的再结合呈现时序依赖性，其定位受OCT4/SOX2协同调控。该研究为细胞身份记忆的表观遗传机制提供了全新范式。

　　

有丝分裂退出过程中多能干细胞基因组再激活的协调机制

研究背景与技术突破
传统研究依赖药物（如诺考达唑）同步化细胞周期，但会干扰染色质压缩和转录活性。本研究创新性地构建了Cdt1-MD双荧光报告系统，通过融合细胞周期蛋白B1降解域（MD）和hCdt1(1/100)Cy(?)，实现基于YPet/mCherry信号变化的无药物同步化分选。该系统可将有丝分裂退出过程划分为4个30分钟精度的时序窗口（eG1-1至eG1-4），并成功富集晚末期（LM）细胞群体。

转录再激活的时空特征
核RNA-seq显示转录活性呈渐进式恢复：eG1-1期以启动子驱动的管家基因表达为主，而增强子调控的分化相关基因在eG1-2期后逐步激活。值得注意的是，多能性基因（如Pou5f1）在eG1-1即高表达并持续维持，而分化相关基因呈现"先抑制后激活"的双相模式。全基因组分析发现，上调基因的启动子-增强子互作数量显著高于稳定基因，提示三维基因组重构是转录再激活的关键限速步骤。

染色质景观与TF足迹的动态演变
ATAC-seq揭示启动子区域在有丝分裂期间保持较高可及性，而增强子需在eG1期逐步开放。TOBIAS分析显示：

1. 有丝分裂→LM期：OCT4/SOX2优先结合启动子，伴随CTCF等结构蛋白的快速重定位
2. LM→eG1-1期：增强子区域TF足迹显著增加，SOX2呈现最剧烈的空间重分布
3. eG1-1→eG1-4期：NANOG向高可及性区域迁移，其结合位点富集OCT4::SOX2异源二聚体 motif

OSN因子的层级调控网络
通过条件性敲除系统（OCT4^cond/SOX2^cond/NANOG^cond）结合ChIP-seq发现：

• OCT4/SOX2的核心作用：缺失任一因子导致17% NANOG位点结合丧失，且这些位点多为共依赖（co-dependent）区域。有趣的是，OCT4缺失时，SOX2会将部分NANOG重定向至含SOX2 motif的新位点，但这些区域与多能性维持无关。
• NANOG的稳定功能：虽然NANOG缺失仅使10% OCT4/SOX2位点结合减弱，但这些位点显著富集多能性相关GO条目。在血清培养条件下，OCT4缺失引发的NANOG重定位现象更为显著，提示微环境可调节TF互作模式。

生物学意义与展望
该研究首次绘制了有丝分裂退出过程中表观基因组重建的分子路线图，揭示OCT4/SOX2通过先驱活性"标记"关键调控元件，而NANOG通过动态重定位强化多能性网络的稳定性。这种时序精确的TF再激活层级，为理解细胞命运记忆、肿瘤细胞增殖异常等过程提供了新视角。未来研究可探索其他先驱因子（如ESRRB）在此过程中的协同作用，以及染色质重塑复合物（如BRG1）对TF重结合的辅助机制。