揭示转录延伸因子SPT6维持表皮干细胞分化并阻止其小肠化的分子机制

来源：BioArt

成人干细胞的自我更新和分化一直是研究热点。多种皮肤疾病和表皮干细胞稳态调控失衡有关。过往对表皮干细胞自我更新和分化的研究集中在转录水平和表观遗传水平上。Sen实验室以及其他研究者的过往研究已经证实表观遗传调控因子DNMT1、EZH2、ACTL6A和转录因子P63 等在抑制表皮干细胞分化的转录调控过程中的重要作用【1-4】。而表观遗传因子JMJD3和BRD4以及转录因子KLF4、GRHL3和ZNF750则是促进表皮干细胞分化的重要调控因子【5-8】。

真核生物的mRNA的合成依赖于以基因组为模板的RNA聚合酶II（RNA Polymerase II， Pol II）的转录，这个过程主要分为转录起始（initiation）、延伸（elongation）和终止（termination）三个步骤。其中每个步骤都涉及到Pol II和不同的转录起始因子、延伸因子或终止因子之间的相互作用和调控。近年来，研究者们发现转录因子（如YAP和C-MYC）除了能招募 RNA Pol II 到目标基因并激活其转录之外，还能调控RNA Pol II  的启动子近端暂停（Promoter proximal pausing）和释放（release），以及转录延伸等过程【9-10】。在转录起始后， RNA Pol II  在合成一小段RNA后，暂停在启动子下游（20-60 bp）的现象，称为RNA Pol II  的启动子近端暂停。暂停的Pol II可能被转录延伸因子激活而继续转录延伸过程并合成RNA，也可能通过启动子近端终止的方式直接从染色质上的启动子附近解离【11】。研究者们在果蝇和胚胎干细胞中发现，这个现象能在转录水平上调控一些和发育相关基因的表达【12-14】，然而目前还没有在成人干细胞中的报道。

近日，加州大学圣地亚哥分校皮肤科李婧婷/George Sen团队等在Nature Communications上发表了题为SPT6 Promotes Epidermal Differentiation and Blockade of an Intestinal-Like Phenotype through Control of Transcription Elongation的文章。

该研究表明，大约30%的表皮分化基因在未分化状态下已经有Pol II启动子近端暂停。而这些基因在被诱导分化时能快速的进入转录延伸阶段。这说明Pol II的启动子近端暂停和转录延伸是表皮干细胞分化的重要调控步骤。他们进一步用RNA-Seq、ChIP-Seq证实转录延伸因子SPT6能结合表皮干细胞的分化基因并调控其转录延伸，促进表皮干细胞分化相关基因的表达并维持其表型。

另一方面，SPT6蛋白的缺失不仅能阻止表皮干细胞的分化，更能促进表皮干细胞向小肠样细胞的分化。通过ATAC-Seq 分析，他们进一步发现 SPT6蛋白的缺失造成了~11%染色质的可进入性（chromatin accessibility）下降，而这些区域都是P63的结合位点。P63是表皮干细胞自我更新和分化重要调控因子。SPT6蛋白的缺失是通过抑制P63基因的转录延伸，导致其表达下降。而过表达P63能逆转SPT6蛋白缺失导致的表皮细胞小肠化。

综上，该研究首次揭示了RNA聚合酶II启动子近端暂停在成人干细胞的分化中的重要调控作用，并且建立了SPT6作为一个转录延伸因子，在维持表皮干细胞的分化及表型，同时阻止其小肠化中的关键作用。该研究为阐明皮肤肿瘤、创伤愈合以及巴雷斯特食道症（Barrett’s esophagus，食管肠化生）的机制提供理论基础。

参考文献

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