Usp26通过PRC1复合体类型转换调控细胞编程和重编程的机制研究

The discovery of induced pluripotent stem cells (iPS cells) has opened a new era of applications of pluripotent stem cell.It is important to study how to obtain high quality iPS cells (cellular reprogramming) and how to differentiate iPS cells into specific tissue cells (cellular programming). As a widely present protein modification, the role of deubiquitination in cell programming and reprogramming is poorly studied. We previously found that deubiquitinase USP26 significantly inhibited cell reprogramming and promoted pluripotent stem cell differentiation. Further studies have shown that USP26 stabilizes PRC1 complex components CBX4 and CBX6, and inhibit the expression of CBX7 in stem cells. Clinical data indicate that USP26 dysfunction resulted in sperm production error, indicating USP26 regulating cell differentiation. Therefore, our study will clarify the molecular mechanism of USP26 regulation of CBX7-PRC1 and CBX4/6-PRC1 transition in the cellular reprogramming. Morever, our study will prove that USP26 promotes the differentiation of spermatogonia into sperm cells via CBX4/6-PRC1 complex.

诱导多能干细胞（iPS细胞）开启了干细胞治疗疾病的新纪元。研究如何获得高质量iPS细胞（细胞重编程）以及如何将iPS细胞定向分化为特定组织细胞（细胞编程）具有重要意义。去泛素化作为一种重要且广泛存在的蛋白修饰调控，在细胞编程和重编程中的研究却几近空白。我们前期通过系统筛选发现泛素化酶Usp26显著抑制细胞重编程和促进多能干细胞分化。进一步研究表明Usp26稳定PRC1复合体组分Cbx4和Cbx6，而下调另一种类型PRC1复合体组分Cbx7的表达。临床数据显示Usp26功能缺失导致精子生成障碍，提示Usp26也调控细胞编程。因此本研究拟阐明Usp26在细胞编程和重编程中的作用机制：Usp26如何调控Cbx7-PRC1与Cbx4/6-PRC1复合体类型转换？Usp26如何通过PRC1复合体类型转换调节细胞表观遗传重塑？以及Usp26如何通过PRC1复合体类型转换促进精原干细胞分化为精子细胞?

项目的背景和研究内容：.诱导多能干细胞（iPS细胞）的发现开启了多能干细胞应用的新纪元，研究如何获得高质量iPS细胞（细胞重编程）以及如何将iPS细胞定向分化为特定组织细胞（细胞编程）具有重要意义。去泛素化作为一种广泛存在蛋白修饰调控，在细胞编程和重编程中的作用目前尚无系统研究。我们前期通过系统筛选发现泛素化酶USP26显著抑制细胞重编程和促进多能干细胞分化。进一步研究表明USP26稳定PRC1复合体组分CBX4和CBX6，并抑制干细胞多能基因的表达。临床数据表明USP26功能缺失导致精子无法生成。因此本研究一方面在细胞重编程中，拟阐明USP26调控CBX7-PRC1与CBX4/6-PRC1的类型转换的分子机制和调节细胞命运转换的表观遗传学调控机制；另一方面在细胞编程中，拟证实USP26通过CBX4/6-PRC1促进精原干细胞分化为精子细胞，发现激活USP26表达的小分子化合物，期望将来可以用于临床治疗男性不育。.项目重要结果和关键数据：.在本项目的资助下，研究目标全部完成：(i) 探究USP26在细胞重编程中调控CBX4/6-PRC1与CBX7-PRC1的类型转换的分子机制, 数据以主持人为第二作者发表在Nat Commun期刊（影响因子：14.919）。；(ii) 阐明CBX4/6-PRC1和CBX7-PRC1参与细胞重编程的表观遗传学调控机制。该数据一部分以主持人为第二作者发表在Nat Commun期刊（影响因子：14.919），一部分以主持人为共同作者发表在Nat Cell Biol期刊（影响因子：28.824）; (iii) 筛选增强USP26转录活性小分子化合物，该数据一部分正在整理投稿，一部分以主持人为通讯作者发表在 Adv Sci期刊（影响因子：16.806）。.成果指标：.在本项目资助下，以通讯作者或者共同通讯作者发表标注该基金号的SCI论文共计16篇, 其中影响因子大于10的论文8篇。在成果转化方面，共计申请发明专利5项，其中1项获得授权。在人才培养方面，项目实施期间培养博士研究生3名，硕士研究生3名。各项指标均达到或超过任务书研究目标的要求。