揭示多能干細(xì)胞維持基因組穩(wěn)態(tài)新機(jī)制

　　多能干細(xì)胞是個(gè)體發(fā)育的基礎(chǔ)，也是再生醫(yī)學(xué)的重要種子細(xì)胞之一。由于發(fā)育地位特殊，多能干細(xì)胞基因組具高度穩(wěn)態(tài)（如小鼠胚胎干細(xì)胞的基因組變異率僅為胚胎成纖維細(xì)胞的1/100）。盡管多能干細(xì)胞較分化細(xì)胞具更強(qiáng)的基因組穩(wěn)態(tài)維持能力，大量擴(kuò)增培養(yǎng)、持續(xù)的DNA復(fù)制及特殊的細(xì)胞周期往往導(dǎo)致基因組變異，破壞其分化潛能，并產(chǎn)生致瘤風(fēng)險(xiǎn)，成為多能干細(xì)胞走向臨床應(yīng)用的首要障礙。研究多能干細(xì)胞維持基因組穩(wěn)態(tài)的特殊機(jī)制，有助于解決應(yīng)用中大量擴(kuò)增培養(yǎng)產(chǎn)生的基因組變異難題，并能為體內(nèi)胚胎發(fā)育失敗或缺陷研究提供新思路。

　　中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所研究員鄭萍課題組長(zhǎng)期研究多能干細(xì)胞基因組穩(wěn)態(tài)特征和獨(dú)特調(diào)控機(jī)制。在前期工作中，鑒定了多能干細(xì)胞基因組穩(wěn)態(tài)特異關(guān)鍵調(diào)控蛋白因子Filia和Floped，并闡述了其作用機(jī)制及體內(nèi)重要生理功能（Cell Stem Cell 2015，16(6)：684-698；Cell Research 2018，28(1)：69-89；PLoS Biology 2019，17(10)：e3000468；Science Advances 2020，6：eaba0682）。

　　長(zhǎng)鏈非編碼RNA（long noncoding RNA， lncRNA）能通過(guò)相變，和蛋白因子形成condensates，有效增強(qiáng)蛋白因子濃度，從而顯著提高工作效率。研究人員推測(cè)，多能干細(xì)胞很可能存在一些特異表達(dá)的lncRNAs，在其高效調(diào)控基因組穩(wěn)態(tài)中起重要作用。為此，該研究對(duì)小鼠胚胎干細(xì)胞進(jìn)行不同種類(lèi)的DNA損傷處理，結(jié)合RNA-seq分析，篩選到了10多個(gè)表達(dá)響應(yīng)損傷處理的干細(xì)胞特異lncRNA。針對(duì)其中1個(gè)尚未注釋、表達(dá)變化最為顯著且具物種保守性的lncRNA（命名為Discn，DNA damage-induced stem cell specific noncoding RNA）進(jìn)行了深入的功能和機(jī)制分析。發(fā)現(xiàn)Discn對(duì)維持多能干細(xì)胞基因組穩(wěn)定性至關(guān)重要，并揭示了其作用機(jī)制。Discn定位于核仁，和核仁蛋白NCL結(jié)合，阻止NCL在DNA損傷情況下遷移到核質(zhì)和RPA形成蛋白復(fù)合體，從而增強(qiáng)自由RPA含量。自由存在的RPA是DNA代謝（復(fù)制、修復(fù)和重組）的關(guān)鍵調(diào)控因子。因此，Discn-NCL-RPA軸能高效調(diào)控DNA復(fù)制和修復(fù)。Discn也廣泛表達(dá)于神經(jīng)干細(xì)胞、精原干細(xì)胞等成體干細(xì)胞中，提示其有重要生理功能。研究人員還構(gòu)建了Discn基因敲除小鼠，發(fā)現(xiàn)Discn基因敲除可導(dǎo)致新生致死及神經(jīng)發(fā)育異常，這些表型主要是由體內(nèi)DNA損傷產(chǎn)生的嚴(yán)重炎癥反應(yīng)引起。該研究揭示了多能干細(xì)胞中l(wèi)ncRNA介導(dǎo)的基因組穩(wěn)態(tài)調(diào)控新機(jī)制，研究結(jié)果以A novel lncRNA Discn fine-tunes replication protein A (RPA) availability to promote genomic stability為題，于近日發(fā)表在Nature Communications上。