诱导肝向转分化过程染色质重塑及细胞应答的研究

Reprogramming induced by ectopic expression of transcription factors, such as dedifferentiation and transdifferentiation, is a process of epigenetic remodeling, including the binding of transcription factors, chromatin remodeling, epigenetic modification and tissue-specific gene expression. Dissecting the epigenetic remodeling and cellular responses during the whole process will not onlylead to novel insights into the understanding of the essential biological phenomenon, maintenance of cell identity, but also will help to improve the efficiency of reprogramming. Previous studies have revealed that p53 is a key barrier for induction of iPS cells during dedifferentiation. Our data have also showed that inactivation of p19Arf, an upstream regulator of p53, markedly increases efficiency of hepatic lineage conversion. However, it remains unclear whether p53 responds to epigenetic remodeling and by which mechanism p53 is activated. In this proposal, we would like to characterize the chromatin remodeling and epigenetic modification during hepatic lineage conversion and to identify the key mechanism responding to epigenetic remodeling. Specifically, we wish to address whether chromatin remodeling activates p53 and, if yes, which protein plays the key role linking chromatin remodeling and p53 activation. We expect that our findings would bring new ideas about cellular reprogramming as well as novel strategy to improve hepatic lineage conversion.

转录因子诱导细胞去分化和转分化重编程，是一个表观遗传修饰重建的过程，由转录因子结合到组织特异基因位点，引起染色体重塑和表观遗传改变，诱导组织特异基因表达。深入研究该过程表观遗传修饰重建和细胞对此的应答机制，对于理解分化细胞命运维持这一基本生物现象极为重要，对提高重编程效率也有应用价值。之前研究发现，p53的激活是去分化重编程的关键抑制机制。我们也发现失活p53的上游分子p19Arf，大大提高肝向转分化的效率。然而，对于p53是否应答了重编程过程的表观遗传修饰重建，以及激活p53的分子调控尚未明确。本项目将以成纤维细胞肝向转分化为研究体系，解析转录因子诱导的染色质重塑及表观遗传改变；阐明细胞应答染色质重塑和表观遗传改变的分子机制；着重揭示转分化重编程中染色质重塑是否激活p53，并鉴定关键调控蛋白。本项目将有助于深入理解细胞重编程的分子调控，也为高效获得iHep细胞提供理论支持。

转录因子诱导细胞谱系转换是一个表观遗传修饰重建的过程，转录因子结合到组织特异基因位点，引起染色体重塑和表观遗传改变，进而诱导组织特异基因表达。但是该过程效率较低，深入研究细胞谱系转换过程中表观遗传修饰重建和细胞对此的应答机制，对于理解分化细胞命运维持这一基本生物现象极为重要，对提高细胞谱系转换效率也有应用价值。本项目首次阐述了转录因子诱导肝向转分化过程的表观遗传修饰重建，解析了染色体重塑，组蛋白修饰及基因谱表达在不同时间阶段的动态变化，对于阐明不同体细胞基因表达谱的建立和细胞属性的维持具有重要意义，为优化体外细胞重编程技术提供理论依据。本项目研究了在细胞属性转换过程中，终末分化细胞如何响应全基因组的染色质重塑和表观遗传修饰改变，解析了参与肝向转分化的关键染色质重塑复合物以及组蛋白修饰酶，并揭示了这些蛋白在肝向转分化过程的作用机制，对于抹除起始细胞表观遗传记忆重建肝细胞特异表观遗传修饰发挥重要作用。利用肝特异转录因子Foxa3, Hnf1a和Gata4（3TF）诱导的小鼠鼠尾成纤维细胞（TTF细胞）转分化为肝实质细胞类似细胞（iHep细胞）的实验系统，我们发现3TF引起强烈的ATM-p53途径的活化，导致细胞增殖抑制和细胞死亡进而抑制肝向转分化。值得注意的是，ATM的活化是因为响应了作为肝向转分化过程中染色体重塑过程而并不是由于DNA损伤引发的。通过对肝向转分化早期分子事件的系统性分析，我们找到了Baf60b，一个SWI/SNF复合物的成员，能够招募ATM到打开的染色体区域，进而介导了染色体重塑引起的ATM活化。以上结果展现了ATM-p53途径感应染色体重塑的作用，揭示了细胞谱系转换过程中的细胞响应机制。这一系列发现使我们更好的理解细胞如何响应转录因子引起的染色体结构的改变，维持自身的细胞属性。