OLIG2

引言 胶质瘤是中枢神经系统中最常见的恶性肿瘤，预后极差，其转化机制涉及多种基因突变。PRC2是一个组蛋白甲基化酶复合物，其催化亚基EZH2在肿瘤抑制基因的沉默中起关键作用。PRC2通过在组蛋白H3的第27个赖氨酸上添加甲基标记（H3K27Me3）来沉默基因【1】。EZH2可以与多种RNA结合，包括富含鸟嘌呤的序列和RNA四重氢键 (rG4)【2】。尽管 EZH2-RNA结合的选择性存在争议，但一些lncRNA的功能与其PRC2结合能力相关。HOXDeRNA是一种增强子相关的lncRNA，在正常脑组织中沉默，但在胶质瘤中普遍激活【3】。高水平的HOXDeRNA与胶质瘤进展和GBM患者生存期缩短相关。之前的研究表明，在胶质瘤细胞中靶向激活HOXDeRNA会促进其转化为胶质瘤样细胞。但是，HOXDeRNA是如何通过其RNA四重氢键结构与EZH2相互作用，从而在整体范围内激活癌症转录程序和超级增强子的，目前尚不清楚。 近日，来自美国波士顿布莱根妇女医院哈佛医学院神经病学系的Anna M. Krichevsky研究团队在在Molecular Cell杂志上发表题为HOXDeRNA activates a cancerous transcription program and super enhancers via genome-wide binding的研究论文，该研究发现了lncRNA HOXDeRNA通过与EZH2结合并消除其抑制作用，在胶质瘤中激活了广泛的癌症转录程序和超级增强子，从而将星形胶质细胞转化为类似于胶质瘤干细胞的细胞。 研究人员通过CRISPR系统激活HOXDeRNA后，观察到星形胶质细胞从贴壁生长转变为形成球形，形态发生显著变化。转录组分析揭示了HOXDeRNA激活后，大量基因表达发生改变，包括细胞粘附、生长因子和酪氨酸激酶相关基因，以及35个关键的胶质瘤转录因子(TFs)。这些TFs不仅包括SOX2和OLIG2等干细胞相关TFs，还包括EGFR、PDGFRA、BRAF和TERT 等已知的癌症驱动基因。这些基因的激活定义了转化后星形胶质细胞的转录组和胶质瘤样身份，表明HOXDeRNA在驱动星形胶质细胞向胶质瘤转化中发挥重要作用。 研究人员利用ChIRP-seq和iMARGI技术揭示了HOXDeRNA在星形胶质细胞和胶质瘤干细胞中与基因组广泛的结合，主要位于基因启动子和外显子区域。HOXDeRNA结合的基因在正常脑组织和胶质瘤细胞中通常被PRC2标记沉默，但在转化后失去PRC2标记并表达上调。这表明HOXDeRNA通过与PRC2结合并去除其抑制作用来激活这些基因，从而在胶质瘤发生发展中发挥关键作用。 iMARGI和ChIRP-seq分析发现，HOXDeRNA主要与表达上调的基因的CpG岛结合，而CpG 岛通常位于基因启动子区域。这些超级增强子（super enhancers，SEs）与SOX2和OLIG2等TFs的结合位点高度富集，表明这些TFs可能调节这些SEs。通过敲低SOX2和OLIG2，可以显著降低胶质瘤SEs的活性，并减少球形形成，表明这些TFs对SEs的激活和星形胶质细胞的转化至关重要。此外，SOX2和OLIG2敲低还导致SEs相关基因表达下调，表明SEs激活可能介导了HOXDeRNA对基因表达的影响。 研究人员通过CLIP实验发现EZH2与未剪接的HOXDeRNA结合，而不是成熟型HOXDeRNA。通过CRISPR基因编辑，敲除HOXDeRNA中的rG4结构会降低其与EZH2的结合并减少PRC2 标记的基因的激活。这些结果表明，EZH2可能招募核内的HOXDeRNA到染色质上，而rG4 结构介导了这种结合。此外，敲除 rG4-1 结构会降低星形胶质细胞的转化能力，表明rG4-1 结构在HOXDeRNA的转化功能中发挥重要作用。 图1 HOXDeRNA 通过与基因组广泛结合激活癌症转录程序和超级增强子（Credit: Molecular Cell） 总之，该研究揭示了长链非编码RNA HOXDeRNA在胶质瘤发生发展中的关键作用机制。发现了HOXDeRNA通过rG4结构结合EZH2并招募到PRC2标记的基因组区域，从而去除PRC2对关键胶质瘤转录因子和超级增强子的抑制，最终激活多个癌症驱动基因，驱动星形胶质细胞向胶质瘤转化。这项研究为胶质瘤的发病机制提供了新的见解，并为开发新的治疗策略提供了潜在的靶点。 参考文献 1. Cao, R., and Zhang, Y. (2004). The functions of E(Z)/EZH2-mediated methylation of lysine 27 in histone H3. Curr. Opin. Genet. Dev. 14, 155-164. 2. Wang, X., Goodrich, K.J., Gooding, A.R., Naeem, H., Archer, S., Paucek, R.D., Youmans, D.T., Cech, T.R., and Davidovich, C. (2017). Targeting of polycomb repressive complex 2 to RNA by short repeats of consecutive guanines. Mol. Cell 65, 1056-1067.e5. 3. Deforzh, E., Uhlmann, E.J., Das, E., Galitsyna, A., Arora, R., Saravanan, H., Rabinovsky, R., Wirawan, A.D., Teplyuk, N.M., El Fatimy, R., et al. (2022). Promoter and enhancer RNAs regulate chromatin reorganization and activation of miR-10b/HOXD locus, and neoplastic transformation in glioma. Mol. Cell 82, 1894–1908.e5. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.09.018 责编|探索君 排版|探索君 来源|BioArt End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

引言核孔蛋白(Nups)的突变或失调与神经发育性疾病密切相关，但其潜在机制尚不清楚。2024年1月24日，厦门大学张亮团队在Developmental Cell (IF 11.8)在线发表题为“Nucleoporin Seh1 controls murine neocortical development via transcriptional repression of p21 in neural stem cells”的研究论文，该研究表明核孔蛋白Seh1通过抑制神经干细胞中p21的转录来控制小鼠新皮层的发育。该研究发现放射状胶质祖细胞中Nup Seh1的缺失导致神经祖细胞增殖和分化缺陷，最终表现为神经发生受损和小头畸形。干细胞增殖的丧失与核细胞质运输的缺陷无关。相反，转录组分析表明，神经干细胞中Seh1的消融降低了p21的表达，p21的敲低部分恢复了自我更新能力。在机制上，Seh1与核外周的NuRD转录抑制复合物合作调节p21的表达。总之，这些发现确定了Nups通过发挥染色质相关作用和影响神经干细胞增殖来调节大脑发育。核孔蛋白(Nup)的失调已在许多神经发育性疾病中被发现。同时，Nups的消耗导致神经发生受损。Nup153对成体神经干细胞(NSCs)的维持是不可缺少的Nup133缺陷小鼠胚胎沿神经谱系分化效率低下然而，这些发现主要是基于纯合子胚胎发育或敲低方法的分析。在小鼠模型中组织特异性耗竭的证据仍然缺乏。常染色体隐性遗传先天性小头症的一种综合征形式最近被定位于染色体18p11.22-q12.3, Nup sel1位于该区域。前期的研究表明，Seh1在少突胶质细胞分化中起着重要作用。Seh1是否以及如何影响神经发育仍然是一个谜。最初，Nups被认为是核孔复合物(NPCs)的组成部分，它介导核和细胞质间的大分子运输然而，最近的研究表明，Nups与基因组相互作用以控制转录程序。越来越多的证据表明，Nups在细胞类型特异性基因调控中起着关键作用。Nup153与Sox2相互作用，调控成人NSCs的转录程序。之前的研究也发现，Seh1募集Olig2和Brd7组装转录激活复合物，促进少突胶质细胞分化Nups如何参与基因激活或基因沉默过程的分子细节似乎取决于Nups的结合伙伴。组蛋白修饰因子和染色质重塑因子参与了Nups介导的转录调控核小体重塑和去乙酰化(NuRD)复合体控制着基因的编程发育过程中的细胞状态，包括胚胎干细胞和祖细胞的分化。然而，在大脑发育过程中，NuRD复合物在细胞状态编程中的作用仍然知之甚少。模式图（Credit: Developmental Cell）该研究发现Seh1是通过与NuRD复合物合作来维持NSC增殖和正常神经发生所必需的。重要的是，Seh1的这个功能与NuRD组件的导入没有关联。相反，Seh1可以将NuRD募集到p21并维持p21处于抑制状态。总之，该研究确定了Seh1在NSC增殖中的转运独立作用，为Nups在大脑发育中的生理功能提供了见解。原文链接https://doi.org/10.1016/j.devcel.2024.01.002责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观Nat Med | 黄荷凤院士/张静澜/徐晨明团队发表综合性无创产前筛查临床研究成果热文Science最新发布：全世界最前沿的125个科学问题热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文新发现推翻古老假说：梅毒微生物家族与人类共存已有数千年热文Nat Methods | 自主生物发光成像技术在真核生物中的创新进展

作为未来医学第三大支柱的“细胞疗法”多被称作“个体化治疗”，为患者打造专属的治疗方式，势必与高成本的“个体化生产”密切相关。如何将细胞疗法形成一种规模化的治疗方式，达到真正的“off-the-shelf（即用型产品）”是一个热门问题。包括炙手可热的CAR-T疗法目前也有大量研究聚焦于“现成的”CAR-T，所用细胞的来源之一是诱导多功能干细胞（iPSC），iPSC的优势在于衍生的自体细胞具有巨大的细胞治疗潜力，不仅可以获得无限的细胞来源，而且降低了免疫排斥的可能性。然而，目前关于使用低免疫原性细胞作为中枢神经系统疾病细胞治疗的通用供体尚未见报道。Canavan病（CD）是一种罕见的致死性脱髓鞘疾病，由天冬氨酸合成酶（ASPA）基因突变引起。ASPA蛋白是一种代谢酶，主要在少突胶质细胞中表达，ASPA酶的缺乏将引起天冬氨酸（NAA）在大脑中积聚，导致大脑髓鞘形成不足和海绵状变性。近日，来自美国希望之城贝克曼研究所神经退行性疾病科的史艳红教授团队在Science Advances上发表最新研究成果，他们开发了一种来自人iPSC衍生的少突胶质细胞祖细胞作为治疗脱髓鞘疾病的“现成的”细胞疗法。图片来源：doi: 10.1002/advs.202206910.免疫排斥反应是细胞疗法发展的主要挑战之一，那么如何产生低免疫原性的少突胶质细胞祖细胞（OPCs）用作CD的治疗，以降低免疫排斥反应的风险呢？具体而言，使用来源于携带野生型ASPA基因的健康供体的人iPSC作为起始细胞，通过基因编辑破坏了会引起免疫识别的HLA-I和HLA-II在iPSC中的表达，这样得到的B2M−/−CIITA−/−iPSC具有低免疫原性潜力，简称为“通用iPSC”。并将工程化的iPSC分化为低免疫原性OPCs。 图1. 低免疫原性通用（Uni）OPCs的产生和表征。图片来源：doi: 10.1002/advs.202206910.接下来，研究人员将通用OPCs移植到免疫缺陷CD小鼠模型中，评估其对挽救疾病表型的影响。通用型和野生型OPCs均移植到CD（Nur7）小鼠的大脑中，通过人核抗原（hNu）和不同神经谱系标记物的共染色来评估移植的OPCs的转化情况，结果显示，大多数细胞是少突胶质细胞谱系细胞（hNu+OLIG2+和hNu+SOX10+）。此外，hNu信号被清楚地检测到广泛分布在整个大脑中，通用型和野生型OPCs移植细胞在大脑中的数量以及分布没有明显差异。 图2. 通用型OPCs在移植到CD（Nur7）小鼠大脑中后表现出广泛分布。图片来源：doi: 10.1002/advs.202206910.ASPA酶的缺乏是导致CD的根本原因。细胞中的ASPA信号与hNu信号共定位证明了通用OPCs在移植到CD（Nur7）小鼠的大脑后可以恢复ASPA的表达。由于ASPA是分解代谢NAA的酶，野生型OPC移植或通用OPC移植的CD（Nur7）小鼠大脑中ASPA活性的轻度升高均能够显著降低NAA水平，这可能是持续的ASPA活性产生的长期影响。 图3. 在WT和Uni-OPC移植的CD（Nur7）小鼠脑中广泛表达ASPA并降低NAA水平。图片来源：doi: 10.1002/advs.202206910.CD是一种脱髓鞘疾病，那么通用OPCs是否可以挽救移植小鼠大脑中的髓鞘形成缺陷呢？从总体表型到超微结构对髓鞘进行检查，发现野生型和通用OPCs都显著增加了MBP标记强度和MBP+面积，通过四氧化锇染色也观察到了髓鞘和恢复的髓鞘纤维轨迹，电镜观察发现了具有良好组织包裹的健康髓鞘。以上结果表明，OPCs在成熟为少突胶质细胞后可能有助于髓鞘再生。 图4. WT和Uni-OPC移植的CD（Nur7）小鼠大脑中髓鞘形成的改善。图片来源：doi: 10.1002/advs.202206910.此外，通用型OPCs还能够挽救CD（Nur7）小鼠大脑中的海绵状变性和小鼠的运动控制。体外评估通用OPCs的免疫原性的结果显示，通用的OPCs避开了来自同种异体CD8+T细胞的反应，而野生型OPCs刺激了CD8+T细胞增殖，并产生了反应性CD8+T淋巴细胞群。体内实验观察到通用OPCs可以在人源化CD小鼠（具有人类反应性T细胞）中存活到与免疫缺陷CD小鼠相似的程度，这表明通用型OPCs能够逃避T细胞排斥反应。 图5. Uni-OPCs在体内表现出低免疫原性。图片来源：doi: 10.1002/advs.202206910.简而言之，研究人员从携带ASPA基因的健康供体来源的iPSC中开发了“现成的”低免疫原性的少突胶质细胞祖细胞，有望成为CD及其他脱髓鞘疾病有前景的治疗手段。       参考文献：[1] Feng L, Chao J, Ye P, Luong Q, Sun G, Liu W, Cui Q, Flores S, Jackson N, Shayento ANH, Sun G, Liu Z, Hu W, Shi Y. Developing Hypoimmunogenic Human iPSC-Derived Oligodendrocyte Progenitor Cells as an Off-The-Shelf Cell Therapy for Myelin Disorders. Adv Sci. 2023 Jun 4: e2206910. doi: 10.1002/advs.202206910.撰文 | 白露编辑 | 小白活动推荐精彩推荐：1、真的有“生物钟”吗？Science：不但有还能被“看见”，我国科学家首次在大脑中找到“生物钟”！2、柳叶刀子刊：新冠感染后使用二甲双胍或可将患新冠后遗症的风险降低40%！3、馋是种“工伤”？Neuron最新研究：长期压力大影响大脑反应，导致进食更多体重猛涨！4、Nature子刊：解决皮肤衰老，保持“冻龄”的相关机制找到了！5、Nature子刊 | 研究5万人数据发现“免疫复原力”强的人寿命更长，抵抗感染能力强！