徐国良等发现打破细胞重编程屏障的关键因素

坤明

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2 D6 T7 I& _" E生化与细胞所科研人员研究发现 TET 和 TDG 介导的 DNA 氧化去甲基化是打破细胞重编程屏障的关键) t6 N* I% }( b% D6 e
        2月13日，国际期刊《Cell Stem Cell》杂志在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所徐国良课题组的研究论文。该研究发现 DNA 加氧酶 TET 和糖苷酶 TDG 共同介导 DNA 氧化去甲基化，在细胞命运转变中起必不可少的作用。
' ~) ~, F* p" P4 D        生物体的各种细胞具有精细的分工，每一类细胞都执行特定的功能。细胞命运一旦决定，就具有相对稳定性。维持细胞命运稳定或限制细胞命运改变的屏障对防止细胞癌化非常重要。这些屏障在正常发育过程中如何得到建立，并在一些特殊生理或病理条件下如何被消除，是当前科学研究的一大难题。体外细胞重编程是研究细胞命运转变的最佳范例。每种类型的细胞都有它自身的表观遗传修饰，决定基因表达谱式，并在细胞重编程时发生改变。哺乳动物基因组 DNA 中的5-甲基胞嘧啶（5mC）是一种稳定存在的表观遗传修饰，启动子区域的高甲基化修饰一般意味着基因表达的沉默。但近年研究发现，5mC可以被 TET 家族蛋白氧化成为5hmC，5fC和5caC。5fC和5caC又可以被 DNA 糖苷酶 TDG 切除，进而启动碱基切除修复途径完成 DNA 的去甲基化。由于 DNA 去甲基化可以使被沉默的基因重新激活，由 TET 和 TDG 负责的 DNA 氧化去甲基化是否为细胞重编程过程所必需，成了大家关注的焦点。
" D) }; z, g: b4 P        徐国良课题组联合广州与北京的相关科研人员，将 TET 家族的 3 个成员及 TDG 基因进行了敲除实验，发现缺乏氧化去甲基化能力的间充质类型的成纤维细胞不能启动向上皮细胞的转化( MET )，完全丧失了发生重编程的能力。进一步的研究阐明， TET 或 TDG 的缺失导致 MET 发生过程中关键的 miR-200 家族基因不能被激活。 TET 和 TDG 使 miR-200 家族基因去甲基化来促进它们的表达，而 miR-200 家族基因能够促进成纤维细胞越过 MET 障碍，从而顺利完成重编程。对于已经是上皮类型的神经前体细胞，或者新生鼠皮肤角质细胞，则不需要 TET 和 TDG 就能发生重编程，显示出了这种调控的特异性。即成纤维细胞越过 MET 障碍之后，即使没有 TET 和 TDG 也能顺利完成重编程。以上表明它们介导的去甲基化，对于多能性基因 Oct4 基因激活等后续事件，并不是必需的。作者认为这一研究还更正了以前关于多能性基因激活机理的错误认识。
% P6 b4 _* H3 o# p* t3 k        该工作得到了国家科技部、国家基金委和中国科学院的资助。0 {2 T1 E& T8 @+ A* [

% M) c4 |2 N# ^- I! D英文摘要：
! [6 W- i4 g4 l) D+ R: ITet-mediated DNA oxidation is a recently identified mammalian epigenetic modification, and its functional role in cell-fate transitions remains poorly understood. Here, we derive mouse embryonic fibroblasts (MEFs) deleted in all three Tet genes and examine their capacity for reprogramming into induced pluripotent stem cells (iPSCs). We show that Tet-deficient MEFs cannot be reprogrammed because of a block in the mesenchymal-to-epithelial transition (MET) step. Reprogramming of MEFs deficient in TDG is similarly impaired. The block in reprogramming is caused at least in part by defective activation of key miRNAs, which depends on oxidative demethylation promoted by Tet and TDG. Reintroduction of either the affected miRNAs or catalytically active Tet and TDG restores reprogramming in the knockout MEFs. Thus, oxidative demethylation to promote gene activation appears to be functionally required for reprogramming of fibroblasts to pluripotency. These findings provide mechanistic insight into the role of epigenetic barriers in cell-lineage conversion.6 l. h5 n0 s2 K6 i; i" N  c. R2 w: \! @& D
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芦苇浅

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