近日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院潘光錦課題組在Nucleic Acids Research期刊發(fā)表了題為“HBO1 determines SMAD action in pluripotency and mesendoderm specification”的文章。該研究揭示了乙酰轉移酶HBO1在人胚胎干細胞多能性維持及中內胚層譜系特化中的作用及分子機制。

　　HBO1屬于MYST乙酰轉移酶家族，通過介導組蛋白乙酰化修飾，在胚胎發(fā)育、細胞命運及腫瘤發(fā)生中發(fā)揮關鍵作用。前期研究發(fā)現(xiàn)MYST-HBO1乙酰轉移酶復合物的骨架蛋白BRPF1在人胚胎干細胞多能性的維持過程中發(fā)揮重要作用（Zhang C., et al., iScience, 2023）。但是該復合物中具有乙酰轉移酶活性的亞基-HBO1在人胚胎干細胞命運決定中的作用尚不清楚。

　　該研究發(fā)現(xiàn)缺失乙酰轉移酶HBO1的人胚胎干細胞喪失多能性，并自發(fā)分化為神經(jīng)外胚層細胞。通過高濃度的BMP4誘導早期原腸胚形成和畸胎瘤實驗發(fā)現(xiàn)缺失HBO1的人胚胎干細胞其中、內胚層分化能力存在缺陷，表明HBO1對于中、內胚層的形成很重要。HBO1含有多個結構域，為了驗證這些結構域的功能，研究者設計多種HBO1截短突變體進行回補實驗，發(fā)現(xiàn)HBO1的乙酰轉移酶活性對于多能性的維持是必須的。為了研究HBO1主要調控何種乙酰化修飾，研究者在野生型和缺失HBO1的人胚胎干細胞中進行了免疫印跡和CUT&Tag-seq實驗，發(fā)現(xiàn)乙酰轉移酶HBO1介導H3K14ac共同定位在多能性相關基因的啟動子上。通過之前的CUT&Tag-seq實驗，研究者發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)HBO1富集的motif中包含SMAD motif，通過Co-IP實驗也驗證HBO1和SMAD4存在相互作用。SMAD4是TGF 信號傳導入核的關鍵蛋白，TGF 信號通路在干細胞多能性維持和早期胚胎譜系分化過程中發(fā)揮重要作用，然而TGF 信號通路是如何介導靶基因表達的還有待研究。

　　該研究發(fā)現(xiàn)，在TGF 存在的情況下，乙酰轉移酶HBO1的缺失導致TGF 信號通路下游靶基因的表達顯著性降低。表明HBO1對于TGF 信號通路下游靶基因的表達是必需的。為了研究HBO1與SMAD4相互依賴性，研究者在野生型和缺失HBO1的人胚胎干細胞中進行了CUT&Tag-seq實驗，發(fā)現(xiàn)HBO1的缺失，不影響SMAD4與染色質的結合。但是通過TGF 信號通路抑制劑（SB431542/Dorsomorphin, 2I）處理一天，導致HBO1與染色質的結合明顯減少。表明SMAD4對于HBO1與染色質的結合至關重要。為了進一步明確HBO1在胚層分化中的作用機制，研究者通過定向誘導人胚胎干細胞分化為神經(jīng)干細胞（外胚層）和原條（中胚層）細胞，結合CUT&Tag-seq實驗，發(fā)現(xiàn)在神經(jīng)干細胞中SMAD4和HBO1與染色質的結合基本上檢測不到，在中胚層細胞中SMAD4與HBO1高度富集在與中胚層譜系發(fā)育相關基因的啟動子區(qū)。表明在多能性退出過程中SMAD4-HBO1共同定位在中胚層譜系相關基因上。

　　綜上，該研究揭示了乙酰轉移酶HBO1在人胚胎干細胞命運決定中的作用及機制，拓展并豐富染色質重塑因子調控細胞命運轉變的生物學功能，為優(yōu)化高效獲得神經(jīng)譜系細胞的技術體系提供了新的思路。

　　中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院博士后張聰為該論文的第一作者，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院潘光錦研究員為該論文的通訊作者。該研究成果得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、廣東省科技計劃項目、廣州市重點研發(fā)計劃等項目的資助。

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乙酰轉移酶HBO1通過SMAD4決定多能性和中內胚層譜系分化示意圖