国际学术期刊 Cell Reports(《细胞报告》)于1月7日在线发表了清华大学医学院沈晓骅研究组的最近研究成果“DEAD-Box Helicase 18 Counteracts PRC2 to Safeguard ribosomal DNA in Pluripotency Regulation” (DEAD-box 解旋酶18在多能性调控中拮抗PRC2维持核糖体DNA),系统揭示了RNA结合蛋白DDX18对干细胞多能性维持的重要性,以及调控rDNA区域表观遗传状态的新机制。

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图示:DEAD-box 解旋酶18 (DDX18)参与核糖体DNA转录调控机制的模式图


    核仁是rRNA 转录和核糖体发生的场所,在胚胎干细胞中,高水平的rRNA转录,核糖体发生和蛋白翻译促进细胞增殖和维持多能性。而rDNA转录抑制和核仁外周的异染色质形成是干细胞退出多能性和分化的关键,这与rDNA的表观遗传状态与其转录活性直接相关,常染色质的组蛋白标记与活跃的rDNA转录相关,异染色质标记,如H3K27me3, H3K9me2,出现在沉默的rDNA位点。然而,在胚胎干细胞中仍然不清楚活跃转录的rDNA位点机制上是如何建立表观遗传修饰状态,以及这种状态与干细胞多能性的关系。


    沈晓骅研究组发现,定位于核仁的RNA 解旋酶DDX18结合pre-rRNA和rDNA, 维持rRNA转录水平,促进核糖体发生,在早起胚胎发育及胚胎干细胞多能性维持中起到重要的功能。具体来讲,DDX18在干细胞中高表达,随着分化其表达量下降,rRNA转录水平也下降。DDX18通过结合pre-rRNA被招募到rDNA区域,从而结合到染色质上促进高水平的rRNA转录和开放染色质状态维持干细胞多能性。


    机制研究发现DDX18与PRC2复合物(催化H3K27me3的酶)相互作用,并且体内和体外生化互作实验证实DDX18破坏EZH2与PRC2复合物其他组分结合的稳定性。在体内DDX18阻止PRC2结合rDNA区域而维持rDNA活跃转录,DDX18敲低导致EZH2(PRC2)进入核仁,并且结合rDNA区域建立H3K27me9,从而使rDNA转录下降,减少rRNA水平,导致细胞分化。我们的研究首次发现了RNA结合蛋白拮抗PRC2复合物以维持rDNA活跃转录的机制。


    清华大学医学院沈晓骅和博士后张惠为本文通讯作者,沈晓骅课题组博士后张惠,博士研究生吴中洋和卢雨阳为该论文第一作者。这一课题的胚胎实验得到了清华大学颉伟课题组黄波博士的帮助,美国哥伦比亚大学王建龙课题组提供了有益的指导意见。该研究得到了科技部和国家自然科学基金委的资助。


    原文链接:https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(19)31671-7