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武汉大学蒋卫团队揭示长非编码RNA GATA6-AS1对早期谱系特化的调控机制 精选

已有 5378 次阅读 2020-8-14 08:13 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流

北京时间2020年8月13日晚23时,Stem Cell Reports在线发表了武汉大学蒋卫团队的最新研究成果。


研究团队发现定型内胚层(DE)高表达的长非编码RNA GATA6-AS1显著影响人胚胎干细胞向定型内胚层的分化,进一步的机制探究表明GATA6-AS1通过与SMAD2/3蛋白相互作用,靶向调节GATA6-AS1邻近蛋白编码基因GATA6的表达,从而调控内胚层谱系特化。


 


武汉大学医学研究院、免疫与代谢前沿科学中心蒋卫教授为该论文的通讯作者,博士生杨介、卢佩为该论文共同第一作者,研究生李茂、闫晨超、张天喆也参与了部分工作。


长非编码RNA是一类具有低的蛋白编码潜能,长度大于200个核苷酸的RNA分子。大量研究报道表明,长非编码RNA的表达通常具有细胞类型特异性。


随着高通量测序技术的快速发展,超过77000个长非编码RNA的转录本被注释,但其生物学功能有待进一步探究。


关于长非编码RNA对早期谱系特化的调控也有一些研究报道,例如长非编码RNA yylncT,DEANR1以及DIGIT等,表明长非编码RNA对于早期谱系特化具有重要作用。


在本研究中,作者通过对人胚胎干细胞(ESC)与定型内胚层细胞(DE)的转录组数据分析,发现GATA6-AS1在定型内胚层分化中特异性高表达。


在ESC中敲低GATA6-AS1不影响ESC的克隆形态及多能性基因表达,但会显著降低ESC向DE的分化效率。同时,GATA6-AS1对DE分化的调控在不同的干细胞系是保守的。

ESC与DE中lncRNA表达差异分析(左),GATA6-AS1敲低阻碍DE分化(右)


GATA6-AS1邻近DE关键转录因子GATA6,数据显示,GATA6-AS1是一个核定位的长非编码RNA。


同时,作者发现GATA6-AS1的敲低会影响GATA6的mRNA以及蛋白的表达,多组独立的RNA-seq数据分析表明GATA6-AS1与GATA6的表达存在显著的相关性。


GATA6作为早期发育关键的转录因子,对中内胚层谱系特化具有重要作用。为了确认GATA6是GATA6-AS1的下游靶点,作者在GATA6-AS1敲低的情况下过表达GATA6,发现能够显著恢复GATA6-AS1敲低造成的DE分化缺陷,表明GATA6是GATA6-AS1的重要功能靶点。

GATA6-AS1亚细胞定位(左),GATA6与GATA6-AS1表达相关性(中),GATA6过表达(右)


进一步地,作者通过RNA免疫沉淀实验表明GATA6-AS1与SMAD2/3存在相互作用;染色质免疫沉淀实验发现SMAD2/3在GATA6的启动子附近有显著的富集,并且,敲低GATA6-AS1,SMAD2/3在该位点地富集有显著降低。


综合上述实验结果,作者认为GATA6-AS1对定型内胚层分化的调节主要是通过与SMAD2/3相互作用,招募SMAD2/3结合到GATA6的启动子附近,调控GATA6的表达而实现的。

GATA6-AS1调控定型内胚层分化的作用模型


值得一提的是,关于GATA6-AS1的功能探究近些年也有一些报道:Neumann等人发现在内皮细胞中沉默GATA6-AS可以导致血管生成相关基因的表达被抑制;机制上GATA6-AS通过与核内赖氨酰氧化酶LOXL2相互作用,负向调节LOXL2催化的H3K4me3氧化脱氨作用以调控H3K4me3水平(Neumann et al., 2018);中国科学院团队发现lncGata6在小鼠小肠干细胞中高表达,进一步的机制探究表明lncGata6招募NURF复合体并激活Ehf转录,从而促进Lgr4/5基因的表达以及Wnt 信号通路的激活(Zhu et al., 2018)。


本研究在早期谱系分化体系中鉴定了一个新的内胚层特异的长非编码RNA,并对其功能机制做了进一步阐述,揭示了GATA6-AS1的新的生物学功能。


此外,GATA6-AS1作为关键转录因子GATA6的上游调节因子,尤其为GATA6- GATA6-AS1位点相关突变在胰腺发育和糖尿病发生中的重要作用提供了新的可能的解释。


相关论文信息:

DOI:10.1016/j.stemcr.2020.07.014


参考文献

Neumann, P., Jae, N., Knau, A., Glaser, S.F., Fouani, Y., Rossbach, O., Kruger, M., John, D., Bindereif, A., Grote, P., et al. (2018). The lncRNA GATA6-AS epigenetically regulates endothelial gene expression via interaction with LOXL2. Nat Commun 9, 237.

Zhu, P., Wu, J., Wang, Y., Zhu, X., Lu, T., Liu, B., He, L., Ye, B., Wang, S., Meng, S., et al. (2018). LncGata6 maintains stemness of intestinal stem cells and promotes intestinal tumorigenesis. Nat Cell Biol 20, 1134-1144. 




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