近日，中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院潘光錦課題組在Nucleic Acids Research期刊發(fā)表了題為“HBO1 determines SMAD action in pluripotency and mesendoderm specification”的文章。該研究揭示了乙酰轉(zhuǎn)移酶HBO1在人胚胎干細(xì)胞多能性維持及中內(nèi)胚層譜系特化中的作用及分子機(jī)制。

　　HBO1屬于MYST乙酰轉(zhuǎn)移酶家族，通過介導(dǎo)組蛋白乙?；揎?，在胚胎發(fā)育、細(xì)胞命運(yùn)及腫瘤發(fā)生中發(fā)揮關(guān)鍵作用。前期研究發(fā)現(xiàn)MYST-HBO1乙酰轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物的骨架蛋白BRPF1在人胚胎干細(xì)胞多能性的維持過程中發(fā)揮重要作用（Zhang C., et al., iScience, 2023）。但是該復(fù)合物中具有乙酰轉(zhuǎn)移酶活性的亞基-HBO1在人胚胎干細(xì)胞命運(yùn)決定中的作用尚不清楚。

　　該研究發(fā)現(xiàn)缺失乙酰轉(zhuǎn)移酶HBO1的人胚胎干細(xì)胞喪失多能性，并自發(fā)分化為神經(jīng)外胚層細(xì)胞。通過高濃度的BMP4誘導(dǎo)早期原腸胚形成和畸胎瘤實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)缺失HBO1的人胚胎干細(xì)胞其中、內(nèi)胚層分化能力存在缺陷，表明HBO1對(duì)于中、內(nèi)胚層的形成很重要。HBO1含有多個(gè)結(jié)構(gòu)域，為了驗(yàn)證這些結(jié)構(gòu)域的功能，研究者設(shè)計(jì)多種HBO1截短突變體進(jìn)行回補(bǔ)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)HBO1的乙酰轉(zhuǎn)移酶活性對(duì)于多能性的維持是必須的。為了研究HBO1主要調(diào)控何種乙?；揎?，研究者在野生型和缺失HBO1的人胚胎干細(xì)胞中進(jìn)行了免疫印跡和CUT&Tag-seq實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)乙酰轉(zhuǎn)移酶HBO1介導(dǎo)H3K14ac共同定位在多能性相關(guān)基因的啟動(dòng)子上。通過之前的CUT&Tag-seq實(shí)驗(yàn)，研究者發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)HBO1富集的motif中包含SMAD motif，通過Co-IP實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證HBO1和SMAD4存在相互作用。SMAD4是TGF 信號(hào)傳導(dǎo)入核的關(guān)鍵蛋白，TGF 信號(hào)通路在干細(xì)胞多能性維持和早期胚胎譜系分化過程中發(fā)揮重要作用，然而TGF 信號(hào)通路是如何介導(dǎo)靶基因表達(dá)的還有待研究。

　　該研究發(fā)現(xiàn)，在TGF 存在的情況下，乙酰轉(zhuǎn)移酶HBO1的缺失導(dǎo)致TGF 信號(hào)通路下游靶基因的表達(dá)顯著性降低。表明HBO1對(duì)于TGF 信號(hào)通路下游靶基因的表達(dá)是必需的。為了研究HBO1與SMAD4相互依賴性，研究者在野生型和缺失HBO1的人胚胎干細(xì)胞中進(jìn)行了CUT&Tag-seq實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)HBO1的缺失，不影響SMAD4與染色質(zhì)的結(jié)合。但是通過TGF 信號(hào)通路抑制劑（SB431542/Dorsomorphin, 2I）處理一天，導(dǎo)致HBO1與染色質(zhì)的結(jié)合明顯減少。表明SMAD4對(duì)于HBO1與染色質(zhì)的結(jié)合至關(guān)重要。為了進(jìn)一步明確HBO1在胚層分化中的作用機(jī)制，研究者通過定向誘導(dǎo)人胚胎干細(xì)胞分化為神經(jīng)干細(xì)胞（外胚層）和原條（中胚層）細(xì)胞，結(jié)合CUT&Tag-seq實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在神經(jīng)干細(xì)胞中SMAD4和HBO1與染色質(zhì)的結(jié)合基本上檢測(cè)不到，在中胚層細(xì)胞中SMAD4與HBO1高度富集在與中胚層譜系發(fā)育相關(guān)基因的啟動(dòng)子區(qū)。表明在多能性退出過程中SMAD4-HBO1共同定位在中胚層譜系相關(guān)基因上。

　　綜上，該研究揭示了乙酰轉(zhuǎn)移酶HBO1在人胚胎干細(xì)胞命運(yùn)決定中的作用及機(jī)制，拓展并豐富染色質(zhì)重塑因子調(diào)控細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變的生物學(xué)功能，為優(yōu)化高效獲得神經(jīng)譜系細(xì)胞的技術(shù)體系提供了新的思路。

　　中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院博士后張聰為該論文的第一作者，中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院潘光錦研究員為該論文的通訊作者。該研究成果得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目、廣州市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

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乙酰轉(zhuǎn)移酶HBO1通過SMAD4決定多能性和中內(nèi)胚層譜系分化示意圖