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这篇研究揭示，线粒体逆行转运介导的核周聚集发生在多能性诱导早期，由 OCT4 调控。该过程依赖 DRP1 介导的线粒体分裂，对间充质 - 上皮转化（MET）至关重要，且经典 Wnt/β - catenin 信号参与调控，为理解多能性诱导机制提供新视角。
研究背景
多能干细胞（pluripotent stem cells）的线粒体通常较少、不太成熟且主要分布在核周，与体细胞存在差异。体细胞可通过导入 Yamanaka 因子重编程为诱导多能干细胞（iPSCs），此过程会促进线粒体重塑，线粒体信号也参与细胞命运决定，但线粒体亚细胞分布在多能性及其诱导中的机制和作用尚不明确。同时，间充质 - 上皮转化（MET）是体细胞重编程早期的关键步骤，Wnt/β - catenin 信号在调控体细胞重编程中起重要作用，然而 MET 与经典 Wnt 信号在重编程过程中的关系仍不清楚。线粒体可在细胞内特定位置富集，其运输由细胞质动力蛋白（dynein）和驱动蛋白（kinesin）等负责，本研究聚焦于线粒体在体细胞重编程中的分布变化及其作用。
实验方法
- 细胞培养与 iPSCs 生成：制备小鼠胚胎干细胞（mESC）培养基，用逆转录病毒感染小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs），感染后更换为 mESC 培养基。
- 质粒：使用从 Addgene 购买的含有小鼠 POU5F1/Oct4、Sox2 和 Klf4 的逆转录病毒载体（pMXs），并确定用于 shRNA 的靶序列。
- 蛋白质免疫印迹（Western blotting）：按标准协议进行，用 ImageJ 软件定量相对蛋白水平。
- 实时荧光定量聚合酶链式反应（qPCR）：用 Trizol 试剂提取总 RNA，合成 cDNA 后进行 qPCR，相关引物已列出。
- 免疫荧光（Immunofluorescence）：按标准协议操作，用 Zeiss LSM800 激光扫描共聚焦显微镜系统采集图像。
- 资源获取：RNA - seq 数据存于 Genome Sequence Archive，ChIP - seq 数据可从 Gene Expression Omnibus 获取。
实验结果
- 核周线粒体聚集发生在体细胞重编程早期：通过标记微丝和线粒体，发现线粒体在重编程第 3 天开始向核聚集并持续。RNA 测序及相关分析表明，这一过程与微管、dynein 复合物结合等相关，Dync1h1 等 dynein 复合物成分在重编程过程中表达上调。
- OCT4 诱导体细胞重编程中核周线粒体分布：单独表达各因子发现，OCT4 可诱导核周线粒体聚集，GO term 分析显示相关差异表达基因（DEGs）与微管、dynein 复合物等有关，且 OCT4 可结合 Dync1h1 启动子促进其表达。
- 线粒体逆行转运对 MET 至关重要：沉默 Dync1h1 抑制线粒体逆行转运，减少 GFP 阳性集落，影响重编程效率。线粒体形态在重编程早期碎片化，沉默 Drp1 影响线粒体核周重分布和重编程效率，且 Dync1h1 或 Drp1 沉默会下调 E - CADHERIN 等上皮基因表达，表明线粒体逆行转运对 MET 很重要。
- 经典 Wnt/β - catenin 信号对 MET 至关重要：β - catenin 稳定剂可提高 E - CADHERIN 表达，Wnt 信号抑制剂则下调其表达。沉默 Tcf1、Lef1 或 Ctnnb1 也会降低 E - CADHERIN 表达，且线粒体分布可通过 β - catenin 调节 MET，添加 β - catenin 稳定剂可恢复相关表型和重编程效率。
- Dync1h1 沉默导致 E - CADHERIN 下调伴随 β - catenin 减少：E - CADHERIN 与 β - catenin 在细胞膜形成复合物，Dync1h1 沉默使 E - CADHERIN 下调的同时 β - catenin 也减少，且细胞质中 β - catenin 显著下降，细胞核中无明显变化，提示 β - catenin 对维持 E - CADHERIN 稳定很关键。
研究讨论
抑制线粒体核周分布会阻碍重编程，因其影响 MET 步骤。经典 Wnt/β - catenin 信号在调节干细胞自我更新和多能性中起关键作用，β - catenin 具有双重功能，本研究表明其在调节 E - CADHERIN 稳定性中起关键作用，核周线粒体分布积累的 β - catenin 可直接影响 MET 过程。
综上，本研究揭示了核周线粒体聚集在多能性诱导的 MET 过程中是一个关键的细胞器相关步骤，为深入理解线粒体动力学、多能性和细胞形态之间的亚细胞关系提供了重要线索，有助于进一步探究体细胞重编程和多能干细胞发育的机制。
