组蛋白去乙酰化酶亚家族class IIa HDAC在调控iPS重编程和维持胚胎干细胞多能性的机制研究

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基本信息

项目摘要

The reprogramming of somatic cells to induced pluripotent stem cells (iPSCs) is a groundbreaking discovery with deep implications for regenerative medicine, disease modeling and drug development. Yet, to fulfill these promises it is necessary an improved understanding of the mechanisms of this technology, because it still has many caveats. We have previously demonstrated that a process of epithelialization or mesenchymal-to-epithelial transition (MET) is a central stage of reprogramming and can thus be used to divide the process into two phases. More recently, we have also shown that a subfamily of histone deacetylases (HDACs), the class IIa HDACs, regulate the MET and enhance reprogramming through transcription factor MEF2 by controlling the secretion of Tgf-beta cytokines. Importantly, our unpublished data show as well that nuclear accumulation of class IIa HDACs helps MET significantly but blocks subsequent reprogramming completely. In this grant proposal we want to pursue two main objectives. First, we want to dissect in detail how class IIa HDACs induce the MET phase of reprogramming, and second we wish to understand how they block it in the second phase. For these purposes we will use a wide range of technologies well-set up in our laboratory. Our specific hypotheses are that class IIa HDACs regulate the MET at multiple levels and not just through Tgf-beta cytokines, and also that class IIa HDACs modify the pluripotent transcription factor Klf4 to prevent the final jump to a pluripotent state, for which we have very promising preliminary data. In addition, revealing the function of class IIa HDACs in pluripotent stem cells is also necessary because this will help us understand better their role in regulating pluripotent genes. Therefore, our work is highly relevant because it will provide a deeper understanding of the mechanisms of reprogramming, and may also have implications at other levels, for example in the epithelial-to-mesenchymal transition of cancer or fibrosis. Moreover, we would be the first laboratory to show that a dynamic modification of pluripotent transcription factors (specifically Klf4 but potentially others as well) during reprogramming is an instrumental event driving the epigenetic transformation. In fact, we expect that manipulation of the posttranslational modifications in Klf4 will allow the generation of iPSCs more quickly, more efficiently and more safely.
掌握iPS细胞的重编程机制能帮助摆脱目前iPS应用的局限性。之前我们发现成纤维细胞发生间质向上皮样转化(MET)是iPS重编程进行的必然过程。最近,我们在研究组蛋白去乙酰化酶(HDAC)时发现其IIa型亚家族可通过抑制MEF2转录因子来促进MET的发生,进而提高重编程效率。我们还发现持续核内表达的IIa型HDAC突变体虽能诱导高水平的MET,但随后却彻底抑制了iPS细胞的生成。这说明IIa型HDAC在重编程前后阶段起了不同的功能。根据这些初步结果,我们拟进行以下研究:Tgfβ信号通路作为抑制重编程中MET的主要因素受到IIa型HDAC调控的具体机制是什么;IIa型HDAC在MET后抑制重编程的作用是否通过抑制外源重编程因子Klf4的转录活性而起作用的。理解这里面的调控关系不仅能帮助我们理解重编程机制,同时也揭示了一种通过翻译后修饰来调控重编程的新方式。

结项摘要

体细胞重编程是一个多步骤,低概率的细胞命运转换事件。在这个过程中,细胞内的染色质状态和基因表达要经历巨大的变化。而这些变化,是由过表达的四个Yamanaka因子,即SOX2, KLF4, OCT4和c-MYC来共同启动的。这些转录因子可以招募表观调节因子,将其靶定到基因组,从而对基因组的修饰和基因的表达实施调控。目前关于多能性基因难以有效激活的表观调控机制尚未完全阐明。本项目主要研究体细胞重编程过程中组蛋白去乙酰化酶调控组蛋白去乙酰化在重编程中的作用,我们发现衰减内源性的class IIa HDAC因影响了重编程细胞早期的MET过程而降低了重编程效率。相反,若过表达核内的的class IIa HDAC虽促进了重编程早期的MET过程,但是抑制了重编程后期多能性基因的激活,且这种抑制作用是依赖于NCoR/SMRT-HDAC3抑制复合物的作用。另外,我们也发现在重编程过程中,SOX2, KLF4,OCT4和c-MYC,尤其是c-MYC可以将共抑制复合物NCoR/SMRT-HDAC3招募到基因组。该复合物的酶活性中心,HDAC3则对靶位点的组蛋白乙酰化修饰进行调节,降低其乙酰化水平,抑制基因的表达。在重编程前期,NCoR/SMRT-HDAC3复合物被招募到基因组,促进高表达的体细胞基因沉默,有利于重编程;而在重编程后期,NCoR/SMRT-HDAC3复合物被招募到多能性基因位点,抑制多能性基因的有效激活,阻碍重编程。干扰NCoR/SMRT-HDAC3复合物的功能会显著地提高重编程效率,说明该复合物对多能性基因的抑制作用是重编程的主要障碍之一。通过该研究,我们揭示了NCoR/SMRT共抑制蛋白家族和HDAC3在重编程过程中对基因表达的抑制作用,也揭示了c-MYC在重编程前期和后期的不同功能,至少在很大程度上解释了为什么c-MYC的存在会导致更多的不完全重编程细胞即pre-iPSCs、组蛋白去乙酰化酶抑制剂如VPA和Butyrate在四因子的条件下能发挥更为明显的功能。同时,该研究对于c-MYC和NCoR/SMRT-HDAC3在其他体系如癌症和发育中的作用机制提出了新的可能性。

项目成果

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科研奖励数量(0)
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专利数量(2)
Transcriptional Control of Somatic Cell Reprogramming
体细胞重编程的转录控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Trends Cell Biol
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Xu Yan;Zhang Meng;Li Wenjuan;Zhu Xihua;Bao Xichen;Qin Baoming;Andrew P. Hutchins;Miguel A. Esteban
  • 通讯作者:
    Miguel A. Esteban
The p53-induced lincRNA-p21 derails somatic cell reprogramming by sustaining H3K9me3 and CpG methylation at pluripotency gene promoters.
p53 诱导的 lincRNA-p21 通过维持多能性基因启动子处的 H3K9me3 和 CpG 甲基化来破坏体细胞重编程。
  • DOI:
    10.1038/cr.2014.165
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Cell Research
  • 影响因子:
    44.1
  • 作者:
    Bao Xichen;Wu Haitao;Zhu Xihua;Guo Xiangpeng;Hutchins Andrew P;Luo Zhiwei;Song Hong;Chen Yongqiang;Lai Keyu;Yin Menghui;Xu Lingxiao;Zhou Liang;Chen Jiekai;Wang Dongye;Qin Baoming;Frampton Jon;Tse Hung-Fat;Pei Duanqing;Wang Huating;Zhang Biliang;Esteban Mi
  • 通讯作者:
    Esteban Mi

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其他文献

The right to information for the terminally ill patient.
绝症患者的知情权。
  • DOI:
    10.1136/jme.24.2.106
  • 发表时间:
    1998-04-01
  • 期刊:
    Journal of Medical Ethics
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    E. Osuna;Maria D Perez;Miguel A Esteban
  • 通讯作者:
    Miguel A Esteban
Role of the von Hippel-Lindau tumor suppressor gene in the formation of beta1-integrin fibrillar adhesions.
von Hippel-Lindau 肿瘤抑制基因在 β1-整合素纤维粘连形成中的作用。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2002-05-15
  • 期刊:
    Cancer research
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Miguel A Esteban;P. Ávila;M. Álvarez;M. Gutiérrez;A. García;F. Sánchez‐Madrid;M. L;ázuri;ázuri
  • 通讯作者:
    ázuri
A single-cell chromatin accessibility dataset of human primed and naïve pluripotent stem cell-derived teratoma
人类引发和幼稚多能干细胞衍生畸胎瘤的单细胞染色质可及性数据集
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
    Scientific Data
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Jinxiu Li;Lixin Fu;Yunpan Li;Wei Sun;Yao Yi;Wenqi Jia;Haiwei Li;Hao Liu;Pengcheng Guo;Yang Wang;Yue Shen;Xiuqing Zhang;Yuan Lv;Baoming Qin;Wenjuan Li;Chuanyu Liu;Longqi Liu;Md. Abdul Mazid;Yiwei Lai;Miguel A Esteban;Yu Jiang;Liang Wu
  • 通讯作者:
    Liang Wu

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Miguel A Esteban的其他基金

KLF17在8细胞期胚胎样细胞中的分子调控机制
  • 批准号:
    32370848
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
鉴定神经退变及癌症中RNA的m6A甲基化通路
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    40 万元
  • 项目类别:
利用成熟肾脏中LGR5+细胞构建肾脏类器官
  • 批准号:
    92068106
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    80 万元
  • 项目类别:
    重大研究计划
正常与疾病相关的人神经细胞中m6A修饰RNA结合蛋白组研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    259 万元
  • 项目类别:
基态多能干细胞的转录延伸调控
  • 批准号:
    31671537
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    70.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 项目类别:
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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