中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院/廣州再生醫(yī)學與健康廣東省實驗室研究員姚紅杰課題組聯(lián)合清華大學生命科學學院研究員孫前文課題組揭示了Sox2/Ddx5與R-loop協(xié)同調(diào)控體細胞重編程為誘導(dǎo)多能干細胞的新機制。相關(guān)研究6月10日在線發(fā)表于《科學進展》。

　　“基因表達調(diào)控是決定細胞命運的重要因素，通過改變基因的表達模式即可實現(xiàn)對細胞命運的精準調(diào)控?！币t杰表示，在基因轉(zhuǎn)錄過程中，會形成一種由單鏈DNA和DNA:RNA雜合鏈組成的三鏈核酸結(jié)構(gòu)，稱為R-loop。已有研究報道R-loop相關(guān)蛋白很多都是RBP，然而RBP如何協(xié)同R-loop在細胞命運決定中發(fā)揮作用尚不清楚。

　　早在2017年，姚紅杰課題組揭示了RBP Ddx5通過調(diào)節(jié)miR-125b代謝從而負向調(diào)控PRC1復(fù)合物的非經(jīng)典亞基RING1和YY1結(jié)合蛋白（RYBP）的雙重功能，進而調(diào)控體細胞重編程為誘導(dǎo)多能干細胞。但是Ddx5作為RNA解旋酶在體細胞重編程中的功能仍然未知。

　　研究人員運用ssDRIP-seq技術(shù)繪制了體細胞重編程過程中R-loop的動態(tài)變化圖譜，發(fā)現(xiàn)R-loop并不是簡單地作為轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物出現(xiàn)，而是在轉(zhuǎn)錄發(fā)生變化之前就開始變化。他們發(fā)現(xiàn)敲降R-loop的重要調(diào)控蛋白RNaseH1的表達可抑制體細胞重編程的進程。為了研究R-loop與體細胞重編程的關(guān)系，研究人員構(gòu)建了RNaseH1突變體。體外實驗表明RNaseH1酶活位點單個氨基酸的點突變體（RNaseH1^D209N）可以顯著抑制野生型RNaseH1對R-loop的消解作用。重編程實驗表明RNaseH1^D209N可以改變R-loop水平進而影響體細胞重編程的進程。

　　因子篩選實驗表明Yamanaka四因子中只有Sox2可以回復(fù)因R-loop改變而被抑制的重編程。與對照組相比，過表達Sox2處理組重編程細胞的R-loop水平更高。結(jié)合組學數(shù)據(jù)及生物信息分析發(fā)現(xiàn)Sox2結(jié)合位點附近的R-loop水平較高，而且在重編程過程中增加Sox2的表達量可以增加相關(guān)位點R-loop水平。結(jié)合RNA-seq及ssDRIP-seq數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)Sox2促進多能性基因相關(guān)位點的R-loop富集。進一步生物信息分析發(fā)現(xiàn)Sox2調(diào)控的R-loop更傾向位于基因的啟動子區(qū)域。

　　該研究發(fā)現(xiàn)雖然Sox2可以與R-loop形成復(fù)合物，但EMSA實驗結(jié)果表明Sox2并不具有直接結(jié)合R-loop能力，而是間接參與調(diào)控R-loop水平的變化。為了揭示Sox2與R-loop的調(diào)控關(guān)系，研究人員通過質(zhì)譜數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)Sox2與RNA解旋酶Ddx5存在相互作用。體外R-loop消解實驗揭示Ddx5解旋酶可以直接消解R-loop，而Sox2與Ddx5相互作用并抑制Ddx5對R-loop的消解作用。研究還發(fā)現(xiàn)Sox2通過其DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域（HMG區(qū)域）抑制Ddx5對R-loop的消解作用。

　　進一步發(fā)現(xiàn)Sox2這一新功能并不依賴于Sox2的轉(zhuǎn)錄因子活性。體細胞重編程實驗發(fā)現(xiàn)Sox2可回復(fù)因Ddx5而被抑制的重編程進程以及上調(diào)Ddx5調(diào)控相關(guān)位點的R-loop水平，進而促進體細胞重編程為多能干細胞。該研究發(fā)現(xiàn)了Sox2/Ddx5協(xié)同調(diào)控R-loop參與體細胞重編程過程，闡明了R-loop對細胞命運調(diào)控的重要作用，并揭示了Sox2這一傳統(tǒng)轉(zhuǎn)錄因子的新功能。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.aba0777