lncRNA在干细胞多能性维持和质量差异中的作用与调控机制

Induced pluripotent stem cells (iPS cells) appear with significance, induced technologies are changing rapidly, a key factor in restricting directed differentiation, clinical research and application of iPS cells is the quality standards of iPS cells. Long non-coding RNA (lncRNA) as important molecules in regulating gene expression and cell fate decisions, has extremely rich amount of information and is easy to be detected. Our preliminary analysis found that Oct4/Sox2, the most important transcription factors for stem cells, can directly activate the expression of linc1411 and linc1422. Knockdown of these lncRNAs can significantly inhibit the pluripotency maintenance of stem cells. We also found that these lncRNAs could bind with Sox2, miRNAs and the important components of PRC2. On this basis, with ChIP, RIP and cell functional experiments, this project will determine the function and regulatory mechanism of lncRNA in stem cell pluripotency maintenance, clarify the functional model among lncRNA, transcription factors, miRNAs and the PRC2 complex, and investigate the role and mechanism of lncRNA in iPS cell quality difference. Completion of this project will not only enrich the understanding of lncRNA mechanism in regulating stem cell pluripotency, but also provide a theoretical basis and possible new approach for iPS cells qualification.

诱导多能干细胞（iPS细胞）的出现意义重大，诱导技术日新月异，制约iPS细胞定向分化和临床研究及应用的一个关键因素是iPS细胞的质量。长链非编码RNA（lncRNA）作为基因表达调控和细胞命运决定的重要分子，信息量极其丰富且易于检测。我们初步分析发现干细胞最重要的干性因子Oct4/Sox2可直接激活linc1411和linc1422的表达，干扰这些lncRNA明显抑制干细胞多能性，还发现这些lncRNA可能与Sox2、miRNA和PRC2重要组分结合。在此基础上，本项目将通过ChIP、RIP和细胞功能实验等，确定lncRNA在干细胞多能性维持中的功能与调控机制，阐明lncRNA、转录因子、miRNAs和PRC2复合物间的作用模式，揭示它们在iPS细胞质量差异中的作用及机制。本项目的完成，不仅可以丰富干细胞多能性相关lncRNA机制的认识，还将为iPS细胞质量鉴定提供理论依据和可能的新方法。

诱导多能干细胞（iPS细胞）有效解决了干细胞治疗应用中的免疫排斥和伦理学问题等，然而制约iPS细胞定向分化和临床应用研究的关键因素之一是iPS细胞的质量。研究发现长链非编码RNA(lncRNAs)在干细胞多能性维持中可能具有关键作用，但其在干细胞多能性维持和质量差异中的具体功能和调控机制尚不明确。项目立项以来，我们在发现多个lncRNAs对干细胞多能性维持具有重要作用的基础上，深入研究了关键lncRNAs等表观遗传调节分子在干细胞多能性维持、定向分化潜能差异中的功能，确定了特定lncRNAs可能调控的miRNAs、转录因子，系统阐明了这些lncRNAs与转录因子、PRC2复合物和miRNAs间的作用方式及其可能调控的下游信号通路，不仅为揭示lncRNAs在干细胞多能性维持及质量差异中的作用与机制，同时为深入探讨多能干细胞多能性差异的质量鉴定指标和早日安全应用于临床提供了重要的理论依据。项目实施取得了突出的成果，圆满完成了研究任务和目标，在国外重要杂志发表标注本项目基金号的学术论文16篇，培养研究生7名。具体成果如下：1）揭示了lncRNA-1604通过miR-200/ZEB调控干细胞多能性和分化的重要机制；2）阐明了linc1557对干细胞多能性维持和早期分化的重要功能与调控机制；3）揭示了linc1614联合转录因子精确调控多能干细胞基因转录的重要机制；4）揭示了lincRNA-1405介导Eomes转录复合物在干细胞定向分化中的新机制；5）揭示了miR-590/Acvr2a/Terf1调节多能干细胞多能性和基因组稳定性的新机制；6）揭示了LincU在胚胎干细胞原始态维持中的重要功能与作用机制。