BAF45d在小鼠胚胎干细胞及小鼠早期胚胎发育中功能及其分子机理的研究

Embryonic stem (ES) cells have the unique ability to indefinitely self-renew and differentiate into all cell types under appropriate conditions. To fully understand their molecular mechanisms is the essential prerequisite for the clinical application of the ES cells. BAF (Brg1/Brm-associated factors) complex facilitates or represses the gene expression by changing the chromatin structure using the energy of ATP hydrolysis. The BAF complex consists of multiple subunits, by changing the constitution of which BAF complex plays important roles on the maintenance of the identity of ES cells. BAF45d protein was reported to interact with Oct4, one of the key factors in ES cells. However, no study about the function of BAF45d in ES cells has ever been reported. Our preliminary data shown that the deletion of BAF45d induced the apoptosis and changed the cell cycle. More interestingly, we found that the knockout of BAF45d significantly impaired the differentiation of ES cells to mesoderm and endoderm, but promoted the neuronal-ectoderm differentiation. We will use our established BAF45d conditional knockout ES cells to study the functions and their mechanisms in ES cells. Furthermore, we will study the functions of BAF45d on the early embryonic development with the knockout mice.

胚胎干细胞具有自我复制和分化成不同类型细胞的特点，研究其分子机理是其安全应用的前提。BAF复合物利用其ATP酶亚基水解ATP产生的能量改变组蛋白与DNA的作用，从而调控基因表达。BAF复合物通过变换亚基组成参入干细胞自我复制和分化的功能。作为BAF复合物的亚基，BAF45d蛋白能与胚胎干细胞核心因子Oct4作用, 但其在干细胞的功能没有报道。我们研究表明敲除BAF45d导致细胞凋亡，改变细胞周期，显著影响干细胞的自我复制及三胚层分化。本课题将通过敲除干细胞及小鼠研究：1，BAF45d对胚胎干细胞自我复制及分化的影响及机理；2，Oct4及PcG复合物在BAF45d干细胞功能中的作用；3，研究敲除BAF45d对小鼠早期胚胎发育的在体影响,深入了解BAF复合物在胚胎干细胞中的功能及机制。BAF45d敲除或条件性敲除小鼠将为研究其在小鼠不同组织，器管的发育提供动物模型。

BAF复合物利用其ATP酶亚基水解ATP产生的能量改变组蛋白与DNA的作用，从而调控基因表达。BAF复合物通过变换亚基组成参与生物的发育过程。然而，BAF复合物的很多亚基的功能及作用机理的研究并不深入。本项目对BAF45的亚基，BAF45d在胚胎干细胞全能性的维持及分化的功能进行研究。我们的研究发现BAF45d同Oct4, Sox2, p300, and the BAF复合物的核心亚基 Brg1共同结合在增强子上。敲除BAF45d很少影响Brg1在基因组范围的结合，但敲除Dpf2影响胚胎干细胞的自我复制，特别重要的是抑制Tbx3的表达，影响干细胞向中胚层和内胚层的分化。恢复Tbx3的表达能够恢复敲除BAF45d对中胚层和内胚层的分化的影响。我们的研究进一步表明Dpf2主要通过影响重要的转录因子和Brg1在远程增强子的结合，以及H3K27ac的修饰正向调控Tbx3。如此相对照的是，PRC2复合物的Eed因子主要通过结合位于Tbx3基因内含子的一个增强子反向调控BAF45d调控的Tbx3的表达，从而调控胚胎干细胞向中胚层和内胚层的分化。PRC2复合物的另一个因子，Ezh2通过影响Nanog的表达，同BAF45d反向调控中胚层和内胚层的分化。综上所述，我们通过这个项目发现BAF和PRC2复合物的不同因子通过不同的机制调控胚胎干细胞的分化。