多能性狀態(tài)的退出或多能性細胞-體細胞轉(zhuǎn)變是哺乳動物胚胎發(fā)育過程的重要事件，也是細胞命運決定研究的熱點領(lǐng)域。越來越多的證據(jù)表明該過程被高度調(diào)控，而非一個被動的事件，但其背后的分子機制還存在大量未知。

　　近日，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院劉晶課題組和西湖大學(xué)裴端卿課題組合作，基于cJUN誘導(dǎo)小鼠胚胎干細胞多能性細胞-體細胞轉(zhuǎn)變細胞模型，發(fā)現(xiàn)了染色質(zhì)重塑復(fù)合物BAFs（Brg/Brahma-associated factors）的亞基SS18 通過本身相分離性質(zhì)顯著調(diào)控這一過程，該成果以” SS18 regulates pluripotent-somatic transition through phase separation”為題于7月2日在線發(fā)表在Nature Communications（《自然·通訊》）雜志上。

　　團隊早期發(fā)現(xiàn)原癌基因cJUN 可快速誘導(dǎo)多能性狀態(tài)的退出（Jing Liu et al, Nature Cell Biology, 2015），基于此研究人員構(gòu)建了可誘導(dǎo)多能性細胞-體細胞轉(zhuǎn)變細胞模型。進一步，通過基于CRISPR/Cas9的全基因組基因敲除的遺傳學(xué)篩選技術(shù)確認了一系列候選基因，發(fā)現(xiàn)其中SS18基因的失活會在轉(zhuǎn)錄組、克隆形成能力及干細胞克隆形態(tài)等方面顯著延遲多能性體細胞轉(zhuǎn)變進程。同時，SS18的功能也能夠在其他多種多能性退出體系中得到驗證。

　　科研人員深入研究發(fā)現(xiàn)，SS18蛋白在體內(nèi)可以發(fā)生液液相分離（Liquid-liquid Phase Separation, LLPS）,表現(xiàn)在1、SS18蛋白可以在細胞核內(nèi)通過分子間弱相互作用形成微米級凝聚體；2、凝聚體內(nèi)部以及凝聚體內(nèi)和凝聚體外物質(zhì)可以進行交換；3、凝聚體可以發(fā)生融合和分裂行為，且融合分裂時間與凝聚體大小成正比。SS18的液液相分離能力依賴于位于其羧基端的內(nèi)在無序區(qū)（Intrinsically Disordered Region, IDR），其中高度富集的酪氨酸發(fā)揮著核心作用，酪氨酸的突變會導(dǎo)致SS18蛋白無法形成凝聚體，同時也使得SS18失去調(diào)控多能性退出的能力。進一步研究人員還發(fā)現(xiàn)， SS18的IDR可被來自于其他蛋白的富含酪氨酸IDR（如FUS和TAF15）及多聚酪氨酸多肽所替代，而非酪氨酸富集的IDR（如BRD4及MED1）則不能進行功能替代。

　　針對SS18的相分離行為是如何調(diào)控多能性退出的具體機制，科研人員進一步展開了深入的機制研究。已有研究表明SS18蛋白是染色質(zhì)重塑復(fù)合物BAFs的穩(wěn)定亞基。在胚胎干細胞中，BAFs主要分為三種亞型：經(jīng)典BAF（canonical BAF， cBAF）、非經(jīng)典BAF（non canonical BAF，ncBAF）以及PBAF（Polybromo-associated BAF）。他們含有一些共有成分如SMARCD1以及BCL7A/B/C等，也分別含有其特異性亞基?？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)，SS18形成的蛋白凝聚體可以富集cBAF特異性亞基而排斥PBAF特異性亞基，從而起到促進或抑制相應(yīng)BAF亞型裝配的功能，而不同亞型的BAFs在多能性體細胞轉(zhuǎn)變中的角色卻不盡相同。因此，SS18蛋白的缺失會打破BAFs各亞型之間裝配的平衡，并最終影響多能性細胞-體細胞轉(zhuǎn)變進程。

　　本研究揭示了相分離在染色質(zhì)重塑復(fù)合物裝配過程中的重要作用，豐富了人們對于細胞命運轉(zhuǎn)變在不同層級上進行調(diào)控的認識，對于深入研究BAFs復(fù)合物在發(fā)育、細胞命運轉(zhuǎn)變以及腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用都具有借鑒意義。

　　該論文是在西湖大學(xué)裴端卿研究員和廣州健康院劉晶研究員的共同指導(dǎo)下完成，廣州健康院博士生匡俊企和碩士翟梓蔚為共同第一作者。廣州健康院陳捷凱研究員和張小飛研究員對該工作進行了重要的指導(dǎo)和支持。本項工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃，中國科學(xué)院“戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項”、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究項目、廣東省科技計劃項目、生物島實驗室前沿探索項目等的經(jīng)費支持。

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多能干細胞-體細胞命運轉(zhuǎn)變新機制