細(xì)胞重編程（將已分化的體細(xì)胞逆轉(zhuǎn)為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（Induced pluripotent stem cell, iPSC））利用過表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子或使用化學(xué)小分子組合等策略實(shí)現(xiàn)細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)換永罚，在疾病模型啤呼、藥物篩選和再生醫(yī)學(xué)中具有廣泛應(yīng)用前景。2023年8月7日呢袱，浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院祝賽勇教授團(tuán)隊(duì)在Nature Cell Biology發(fā)表題為A fast chemical reprogramming system promotes cell identity transition through a diapause-like state的文章官扣，研究人員通過大規(guī)模的化學(xué)分子篩選，建立了快速化學(xué)重編程系統(tǒng)（FCR）羞福，其快速的動力學(xué)和高效率大大加快了細(xì)胞重編程的過程惕蹄，為細(xì)胞重編程全面特征和分子機(jī)制提供了獨(dú)特見解。
研究思路
主要結(jié)果
1.確定關(guān)鍵分子治专，構(gòu)建高效快速的FCR系統(tǒng)
研究人員利用大規(guī)模的化學(xué)篩選方法確定了一系列有效分子卖陵，通過調(diào)整有效小分子的濃度和處理時間，建立了快速化學(xué)重編程（FCR）系統(tǒng)张峰。其中泪蔫，關(guān)鍵多能性基因Oct4在重編程第7天就已經(jīng)被激活，進(jìn)一步說明了FCR的快速性喘批。通過細(xì)胞撩荣、分子和功能實(shí)驗(yàn)證明經(jīng)過12天FCR產(chǎn)生的iPSC細(xì)胞在形態(tài)、分子和功能上與小鼠胚胎干細(xì)胞相似谤祖，表明FCR平臺成功重編程婿滓。
2.多組學(xué)測序探究FCR過程中關(guān)鍵分子機(jī)制
2.1 ATAC-seq預(yù)測胚外內(nèi)胚層相關(guān)的TFs
間充質(zhì)向上皮轉(zhuǎn)化(MET)和胚外內(nèi)胚層(XEN)狀態(tài)已被證明是CR過程中的關(guān)鍵狀態(tài)。研究人員發(fā)現(xiàn)FCR與轉(zhuǎn)錄因子重編程（TFR）都會經(jīng)歷這兩種狀態(tài)粥喜，但在重編程路徑上有明顯差別凸主，ATAC-seq組學(xué)預(yù)測胚外內(nèi)胚層相關(guān)的TFs(Sox17、Gata4额湘、Gata6和Foxa2)導(dǎo)致了兩個重編程體系的路徑差異卿吐。
2.2 RNA-seq顯示FCR會經(jīng)歷一個獨(dú)特的滯育類狀態(tài)
選取了8個關(guān)鍵時間點(diǎn)的樣本：0天、2天锋华、4天嗡官、6天、8天毯焕、10天衍腥、12天磺樱、產(chǎn)生的iPSC cell。研究人員對比不同時間點(diǎn)不同重編程系統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：FCR后期顯著下調(diào)了核糖體婆咸、剪切體竹捉、DNA復(fù)制相關(guān)基因，但在TFR過程中并無此現(xiàn)象尚骄。這一結(jié)果揭示了FCR重編程后期會經(jīng)歷一個獨(dú)特的滯育類狀態(tài)块差。
2.3滯育類狀態(tài)是FCR過程中一個重要的中間態(tài)
考慮到細(xì)胞異質(zhì)性，研究人員選取5個時間點(diǎn)樣本：0天倔丈、4天憨闰、8天、12天需五、iPSC cell進(jìn)行scRNA-seq分析鹉动，F(xiàn)CR依次會經(jīng)歷成纖維細(xì)胞、上皮樣細(xì)胞警儒、中間態(tài)細(xì)胞训裆、新生iPSC和iPSC階段眶根，且scRNA-seq功能通路數(shù)據(jù)與RNA-seq結(jié)果一致蜀铲，滯育相關(guān)基因在FCR后期細(xì)胞呈現(xiàn)明顯下調(diào)。敲低促進(jìn)細(xì)胞進(jìn)入滯育狀態(tài)的關(guān)鍵基因Larp1属百、Slc17a5记劝、Prkaa1發(fā)現(xiàn)抑制滯育類狀態(tài)會導(dǎo)致FCR效率降低，說明滯育類狀態(tài)是FCR過程中一個重要的中間態(tài)族扰。
2.4 ATAC+CUT&Tag證明H3K9me3通過抑制iPSC相關(guān)的ERVs影響FCR進(jìn)程
選取了8個關(guān)鍵時間點(diǎn)的樣本：0天厌丑、2天、4天渔呵、6天怒竿、8天、10天扩氢、12天耕驰、產(chǎn)生的iPSC cell，通過ATAC-seq&CUT&Tag多組學(xué)分析顯示：染色質(zhì)可及性區(qū)域大部分在FCR過程中呈現(xiàn)高度動態(tài)录豺，即使在FCR后期的滯育類狀態(tài)朦肘，且伴隨著不同組蛋白修飾的動態(tài)變化。
H3K9me3作為異染色質(zhì)區(qū)域的標(biāo)志性沉默修飾双饥，此前多次被證實(shí)在干細(xì)胞中可以調(diào)控ERVs媒抠。而在FCR過程中，ERVs的表達(dá)模式也呈現(xiàn)從MEF向iPSC的動態(tài)變化咏花，說明了ERVs可能也會參與并影響重編程過程趴生。該研究篩選了24個受H3K9me3調(diào)控的iPSC相關(guān)的ERVs（經(jīng)典Oct4-Sox2-Tcf-Nanog?TF基序）。敲低和小分子抑制實(shí)驗(yàn)證明H3K9me3甲基轉(zhuǎn)移酶的抑制可以促進(jìn)FCR進(jìn)程；而敲低iPSC相關(guān)ERVs相關(guān)靶蛋白會導(dǎo)致FCR效率降低苍匆。這些結(jié)果說明H3K9me3通過抑制iPSC相關(guān)的ERVs從而作為FCR的障礙舍咖。
結(jié)論
本篇研究發(fā)明的FCR化學(xué)重編程系統(tǒng)獨(dú)特地過渡到滯育類狀態(tài)，快速完成細(xì)胞的“返老還童”锉桑。更有趣的是排霉，異染色質(zhì)修飾蛋白H3K9me3在FCR過程中通過調(diào)控iPSC相關(guān)的ERVs的表達(dá)，參與了細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和表觀遺傳組的重塑民轴，從而推動了細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)換攻柠。這一研究結(jié)果完善了細(xì)胞重編程機(jī)制以及在干細(xì)胞研究和再生醫(yī)學(xué)方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
