DOC-1R介导Wnt/β-catenin/CDK2信号途径调控人胚胎干细胞增殖与分化的机制研究

DOC-1R is an essential regulator for maintaining pluripotency in mouse embryonic stem cells,but its mechanisms remained undetectable. Previously we demonstrated that DOC-1R could repress the expression and activity of CDK2, the important modulator in proliferation and differentiation of embryonic stem cells, through Wnt/β-catenin signaling pathway, suggesting that DOC-1R might negatively regulate the proliferation of human embryonic stem cells as well as induce its differentiation via Wnt/β-catenin/CDK2 signaling transduction. In this project, we would investigate the effects of DOC-1R in the proliferation and differentiation of human embryonic stem cells by overexpressing and silencing DOC-1R expression and clarify its potential mechanisms mediating by Wnt/β-catenin/CDK2 signaling transduction, in vitro and in vivo. Moreover, we will determine the target(s) of DOC-1R in Wnt/β-catenin/CDK2 signaling transduction and demonstrate how the regulation happens. The results of this project will be helpful to elucidate the biological roles of DOC-1R in stem cells as well as provide data for understanding early embryonic development in vertebrates and induced differentiation of stem cells.

DOC-1R在小鼠胚胎干细胞多能性维持过程中发挥着重要作用，但其机制尚不明确。我们发现，DOC-1R能够通过Wnt/β-catenin信号通路调节胚胎干细胞增殖与分化的重要因子CDK2的表达及活性，结合现有文献我们推测，DOC-1R可能负性调节人胚胎干细胞增殖过程，同时DOC-1R过表达与低表达能够影响胚胎干细胞向不同方向进行分化,Wnt/β-catenin/CDK2信号途径可能介导上述过程的发生。本项目拟采用体外与体内实验方法，确定DOC-1R过表达及沉默对人胚胎干细胞增殖分化过程的影响，阐明DOC-1R介导Wnt/β-catenin/CDK2途径参与人胚胎干细胞增殖分化的分子机制及分子靶点，深入探讨DOC-1R在人胚胎干细胞增殖分化过程中的生物学作用。本项目的完成将有助于阐明DOC-1R在哺乳动物胚胎早期发育过程中的作用，为人胚胎干细胞自我更新的维护及定向诱导等相关机理的理解开辟思路。

DOC-1R为细胞增殖负性调节因子，抑制细胞周期G1/S转换并上调p53/p21的表达，但对其生物学功能研究有限。在本项目中，我们分析了DOC-1R对胚胎干细胞增殖和分化的影响。我们的研究结果表明DOC-1R能够抑制人胚胎干细胞增殖，导致DNA损伤产生双链断裂，并激活了DNA损伤修复反应。同时，DOC-1R参与人胚胎干细胞多能性的维持，其过表达使多能性标志分子表达下调。进一步的结果表明，DOC-1R负性调节胚胎干细胞中Wnt/β-catenin信号通路，Wnt/β-catenin信号通路参与DOC-1R对胚胎干细胞DNA损伤的诱导与胚胎干细胞多能性的下调。转录组测序及相关分子研究结果表明，DOC-1R所诱导DNA的损伤可能是由于线粒体来源的活性氧所导致，DOC-1R与线粒体功能具有较密切的关系。此外，借助高效液相色谱串联质谱技术我们鉴定了DOC-1R的结合蛋白，结果显示DOC-1R可能在基因表达调控、细胞凋亡、细胞代谢、氧化应激以及细胞粘附等方面发挥重要的生物学功能，并证实了DOC-1R能够结合Annexin A2、CK2α等蛋白质，调节部分结合蛋白的表达，提示DOC-1R可能通过上述蛋白发挥生物学作用。我们的结果还表明，DOC-1R蛋白C端为其与结合蛋白结合的集中区域。我们的结果证实DOC-1R为人胚胎干细胞增殖与分化的关键调节因子，并为其进一步的生物学功能研究奠定了基础。