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Stem Cell Rep | 李周华课题组揭示新内源因子Yun调控雌性生殖干细胞维持的分子机理

生殖干细胞通过自我维持、增殖和定向分化产生新的配子细胞,以确保后代的产生,从而维持种群的稳定。破坏生殖干细胞自我维持和定向分化的平衡控制会导致生殖干细胞过度积累或丢失,最终导致包括癌症和不育在内的各种疾病。因此,深入研究干细胞的自我维持和定向分化的潜在机制对于理解稳态调控和研发人类疾病包括癌症治疗方法是至关重要的。但是,目前干细胞自我维持的调控机制仍然不完全清楚。黑腹果蝇是研究干细胞调控机制和组织稳态的模式生物,果蝇雌性生殖干细胞已经被证明是研究干细胞调控机制和肿瘤发生的优质模型。研究果蝇雌性生殖干细胞自我维持和定向分化的分子机制对于人类疾病的治疗也具有十分重要的理论意义。目前,尽管目前已发现有许多内源蛋白因子和信号通路调控雌性生殖干细胞的自我维持和定向分化,但仍然不确定是否有新的内源因子参与调控生殖干细胞的自我维持和定向分化,以及他们如何调控该过程。

近日,Stem Cell Reports在线发表了首都师范大学生命科学学院李周华教授课题组最新研究成果,题目为Novel Intrinsic Factor Yun Maintains Female Germline Stem Cell Fate through Thickveins该论文中鉴定并揭示了新内源因子Yun调控雌性生殖干细胞自我维持的分子机制。


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为了深入探究调控肠道干细胞增殖的内源因子及其调控机制,李周华课题组首先使用RNAi品系进行了大规模的遗传筛选,筛选出了包括Yun在内的一系列调控肠道干细胞增殖与分化的内源因子。通过大量的细胞、遗传和生化等方法,他们揭示了调控肠道干细胞增殖的EGFR-Yun/PHB-E2F1调控轴,阐明了Yun调控肠道干细胞和肿瘤干细胞增殖的分子作用机制,为干细胞增殖、组织稳态调控和肿瘤发生提供了新的认知,为肿瘤临床治疗奠定了基础。该成果于2022年2月发表在PNAS上。随后他们的研究结果显示,Yun受到磷酸化的修饰,Yun的5个丝氨酸(Serine)残基可以被磷酸化。有意思的是,这5个残基的磷酸化都是Yun调控肠道干细胞增殖所必需的。该成果于2022年4月发表在Cell Proliferation上。但是Yun是否还参与调控其它干细胞的自我维持、增殖和定向分化过程还不清楚。


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研究人员发现Yun在卵巢中的生殖干细胞和早期生殖细胞中表达,暗示Yun可能在生殖干细胞的调控中发挥作用。为了验证Yun是否在调控生殖干细胞的自我维持与分化中发挥作用,在生殖细胞中敲低yun后,果蝇卵巢严重退化,几乎没有生殖细胞存在。进一步的研究表明这是由缺失Yun的生殖干细胞提前分化而不是凋亡所导致。BMP/Dpp信号是生殖干细胞自我维持所必需的,而在Yun缺失后,BMP信号的激活显著降低。BMP信号的功能之一是抑制分化因子Bam在生殖干细胞中的提早表达,与之相一致的是,Yun缺失的生殖干细胞中Bam的表达显著上调,表明Yun很可能通过调控BMP信号通路来实现生殖干细胞的自我维持。深入的研究发现Yun与BMP信号通路的受体Tkv存在蛋白互作,且在Yun缺失后Tkv的蛋白水平显著降低,表明Yun与Tkv结合且稳定其存在,从而实现对生殖干细胞的自我维持。与此相符的是,在Yun缺失的生殖干细胞中激活具有组成型活性的Tkv可以完全抑制因为Yun缺失导致的表型,表现为与组成型活性Tkv过表达相同的表型。综上,在生殖干细胞中Yun通过结合并稳定Tkv的存在,从而实现对生殖干细胞的自我维持,这对维持组织稳态、肿瘤发生非常重要该研究揭示了生殖干细胞中的BMP受体的蛋白水平受到更精细的控制,这项研究成果为干细胞如何正确调控干细胞自我维持、不育不孕和肿瘤发生提供了新的理解。


首都师范大学生命科学学院2021届博士生赵航为该论文第一作者,生命科学学院李周华教授为该论文通讯作者。李周华教授实验室的研究生李铮冉、孔瑞艳、石林和任雪菁及首都医科大学的马芮博士对此工作做出了重要贡献。


原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213671122003745


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