c-Jun通过调控染色质结构诱导小鼠ESC多能性退出的机理研究

Chromatin dynamics controls the cell fate. In somatic reprogramming, we studied the chromatin open/close logic in cell fate transition and found c-Jun could alter the normal chromatin open/close process to inhibit reprogramming (published in Cell Stem Cell). In recently we found over expression c-Jun could induce ESC difference frequently by rearrange the chromatin open/close pattern. However the mechanism of c-Jun regulates chromatin dynamics in cell fate transition still ill known. In this study we will use the mode of induce ESC difference by over expression c-Jun to research the mechanism of the relationship of c-Jun and chromatin dynamics. First of all, to detect the target protein that could form complex with c-Jun by COIP-MS in ESC; then check the dynamics of chromatin and binding site of c-Jun and the target protein during induce ESC difference. In summary, our goal is to study the role of c-Jun in regulate chromatin dynamics in cell fate decision.

染色质开放区域有序动态调控是细胞命运转化的推动力，我们前期的研究发现在重编程过程中染色质有序的关闭和打开控制着细胞命运转变，而c-Jun可以通过维持体细胞相关基因染色质开放状态从而阻碍重编程（文章已经发表在Cell Stem Cell）。最近我们发现在多能性退出过程中c-Jun会诱导染色质大规模重排而导致ESC分化。然而在细胞命运转变过程中c-Jun调控染色质打开和关闭的机制仍然不清楚。因此本研究拟利用过表达c-Jun诱导小鼠ESC分化模型深入研究c-Jun对染色质结构调控的机理。首先通过质谱检测过表达c-Jun后可与其形成复合物的靶标蛋白。然后通过ChIP-seq/ATAC-seq方法确定c-Jun和靶标蛋白在诱导ESC分化中的结合位点变化模式以及染色质动态变化模式。综上，在染色质动态变化层面确定c-Jun调控细胞命运转变的分子机制。

染色质开放区域有序动态调控是推动细胞命运转化的原动力，在对小鼠体细胞重编程体系进行研究时发现染色质具有打开和关闭的动态变化规律。同时发现c-JUN可影响染色质打开和关闭来影响体细胞重编程。因此本项目以诱导小鼠胚胎干细胞多能性快速退出体系为研究对象，进一步研究c-JUN及染色质开关在细胞命运调控中的作用机理。通过分析时序性细胞命运转变表达谱及染色质可及性数据可知，过表达c-JUN 4小时即可诱导多能性退出，诱导到48小时其染色质开关模式即与成纤维细胞类似。表明c-JUN具有快速诱导染色质结构重塑的潜能。为更深入的探索c-JUN在多能性中的调控机理，本项目拓展了小鼠原始态（naive）和原始态（primed）多能性干细胞互相转变系统，并发现c-JUN的有无不影响naïve态向primed态多能性干细胞转变，然而敲除c-JUN则显著促进primed态向naïve态多能性干细胞转变，进一步分析发现在primed态多能性干细胞中c-JUN可结合处于关闭状态的naïve增强子上，并维持其关闭状态，敲除c-JUN则会促进这些启动子打开，从而为招募naïve态多能性转录因子提供条件。这些数据表名c-JUN可直接调控染色质状态进而影响细胞命运，同时也表明特异性染色质位点的开放对细胞命运的维持同样重要。为进一步研究染色质位点开关的作用，项目组采用诱导人尿细胞重编程为多能性干细胞体系作为研究对象，通过对比尿细胞和人胚胎干细胞染色质开关图谱，我们发现c-JUN/AP-1显著富集在人尿细胞开放区，表明c-JUN/AP-1对尿细胞特性的维持具有重要作用。同时发现人胚胎干细胞则显著富集了OCT/SOX这两个关键多能性因子，同时也富集了ZIC3和TEAD，暗示着这两个因子在多能性调控中具有重要的作用，而将这两个因子分别加入到尿细胞重编程体系则发现它们都可以显著促进尿细胞重编程为诱导多能性干细胞。上述结果表明染色质开关可发现调控细胞命运的关键因子，也可以作为筛选定向诱导细胞命运转变的因子的高效方法。.综上本项目从研究c-JUN调控染色质开关入手，分别探索了c-JUN通过诱导染色质重排而诱导多能性退出、c-JUN通过锁定染色质开关而抑制细胞命运转变及染色质开关在指导细胞命运转变过程中的潜在应用价值。