组蛋白H1调控成体干细胞干性维持的表观遗传机制研究

Chromatin regulation is a fundamental step in the control of stem cell maintenance and differentiation. Disorder of chromatin often leads to the alteration of stem cell fate, and consequently triggers a variety of developmental abnormalities and diseases including cancer and infertility. Linker histone H1 has been known to be one of the most important regulators to compact DNA into higher order chromatin structure. Unlike differentiated somatic cells, stem cells have less condensed chromatin and distinct sets of transcription factors, while they keep abundant amount of H1. A recent study reported that low expression levels of an H1 variant and decondensed chromatin are highly associated with human ovarian cancers. However, it remains to be understood how H1 co-ordinates with epigenetic regulators to modulate stem cells. Drosophila ovarian germline stem cells (GSCs) are adult stem cells, and have emerged as one of the best system to study stem cell biology in vivo. Here we will use transgenic RNAi, gene knockouts, and site-directed mutagenesis to dissect the intrinsic and extrinsic roles of H1 in Drosophila GSCs, revealing its roles in the fate decision of stem cells.

染色质高级结构动态变化是调控干细胞自我更新与分化的重要因素。调控失常易引发干细胞自我更新受阻或提前分化等缺陷，导致一系列发育畸形、癌症及不育等疾病。组蛋白H1是参与染色质高级结构形成的关键因子。与已分化的体细胞相比，干细胞具有比较松散的染色质结构，组蛋白H1等染色质结合蛋白处于高度动态结合的状态。最新研究发现人类卵巢癌中，染色质疏松，组蛋白H1变体表达水平低。目前，组蛋白H1在干细胞自我更新与分化中的功能报道较少，其作用机制有待深入研究。果蝇卵巢生殖干细胞是成体干细胞体内研究的最佳模型之一。本项目中，我们计划利用转基因RNA干扰、基因敲除以及基因定点突变等技术来分析H1在果蝇生殖干细胞中的自主性和非自主性功能，揭示其在成体干细胞命运决定中的作用与机制。

染色质高级结构是调控干细胞自我更新与分化的重要因素。染色体结构的异常易引发干细胞自我更新受阻或提前分化等缺陷，导致发育畸形，癌症及不育等疾病。果蝇是进行组织器官发育和成体干细胞研究的理想模型，但在研究过程中往往受到果蝇遗传学工具的限制，无法实现有效的基因表达调控。为了更高效地开展研究，我们先后研发了两代转录激活系统和新一代转基因干扰技术，最终可以实现目的基因简单高效、准确特异的表达调控。.组蛋白H1是参与染色质高级结构形成的关键因子。最新研究发现人类卵巢肿瘤细胞中，染色质会变得疏松，组蛋白H1的表达水平会降低。目前，组蛋白H1在干细胞自我更新与分化中的功能鲜有报道，其作用机制有待深入研究。在新技术的帮助下，我们成功并高效地调控了组蛋白H1的表达，并取得了两项重要发现。首先，组蛋白H1通过拮抗H4K16ac水平以自主性的维持GSC干性。另外，H1也是体细胞EC的命运决定关键因子，可以非自主的方式调控GSC的分化以及卵巢肿瘤的发生。这一结果有助于推动人类卵巢肿瘤等相关疾病的诊断和治疗。