Zscan4上游调控因子在胚胎干细胞和体细胞重编程中的作用机制研究

Activation of alternative lengthening of telomeres (ALT) mechanism can significantly benefit the generation and quality of induced pluripotent stem cells (iPSCs). However, the overexpression of Zscan4, which plays critical roles in ALT mechanism, can lead to genome instability and increased risk of tumoriogenesis. How to control Zscan4 expression precisely remains elusive due to the limited information of ALT mechanism. Based on the expression pattern of Zscan4, we proposed that early embryos and embryonic stem cells might share similar mechanism in regulating Zscan4 expression. We used proteomic information of different stage embryos to identify candidate genes associated with Zscan4 regulation. We found several genes which could significantly activate Zscan4 expression in embryonic stem cells. We will further investigate if these genes play important roles in the ALT process and iPSCs induction. Our study will improve our understanding of ALT mechanism and provide valuable information for further developing safe and efficient strategy for telomere elongation in iPSCs induction.

激活ALT机制能显著改善诱导型多能干细胞（induced pluripotent stem cell，iPSCs）中端粒延长不足的问题。然而过度激活ALT关键基因Zscan4会引起细胞基因组稳定性下降、致癌风险上升。研究Zscan4的调控因子将有助于深入理解ALT过程中保持基因组稳定性的机制。根据Zscan4的表达规律，我们推测胚胎干细胞中存在与早期胚胎相似的Zscan4调控机制。在前期研究基础中我们获得了从受精卵到囊胚不同发育阶段胚胎的蛋白质组信息，利用生物信息学技术我们筛选到了可能调控Zscan4表达的候选基因。我们初步分析了候选基因对胚胎干细胞中Zscan4表达的影响，发现了有显著作用的基因。我们将在后续研究中分析这些基因在ALT过程中的功能以及对iPSCs诱导效率和质量的影响。本研究将有助于加深对ALT机制的理解，为探寻iPSCs诱导中安全有效的端粒延长策略提供理论基础。

1近年来，越来越多的研究表明早期胚胎重编程因子能显著提高iPS细胞的诱导效率和质量。但是我们对于这些因子的作用机制却知之甚少。利用前期获得的早期胚胎植入前各阶段的蛋白质谱数据，我们筛选出了一些在早期胚胎发育和体细胞重编程中发挥重要作用的因子。我们发现卵母细胞特异因子Obox1通过增殖非依赖的方式促进小鼠iPSCs的诱导效率，并且Obox1可以替代重编程因子SOX2。过表达Obox1在iPSC诱导早期通过促进重要的分子事件MET的发生发挥作用。此外，Obox1能抑制THY1阳性细胞的过度增殖，提高THY1阴性细胞和OCT4阳性细胞的比例。在重编程过程中通过对基因表达和Obox1基因结合位点的分析，我们发现Obox1可促进上皮基因的表达，调控细胞周期基因。此外我们还鉴定到了一个重要的重编程因子Dcaf11在早期胚胎和体细胞重编程中通过促进端粒延长发挥作用。Dcaf11-/-胚胎容易阻止在二细胞阶段，并且二细胞特异基因的激活, 例如Zscan4，受到影响。在本项目的支持下我们发现了两个重要的因子Obox1 、Dcaf11在早期胚胎和重编程过程中发挥重要的作用。