Rad21基因位点的遗传修饰抑制骨骼肌干细胞分化

刘勤瑶¹ 高庆² 张潜英¹ 汪瑞婷¹ 张勇^1,2* 朱大海^1,2*

(¹中国医学科学院基础医学研究所, 北京协和医学院基础学院, 北京 100005; ²生物岛实验室, 广州再生医学与健康广东省实验室, 广州 510005)

摘要 :

细胞谱系分化受到遗传、表观遗传、三维基因组结构的复杂调控。在真核细胞三维基因组结构中, 黏连蛋白(cohesin)复合物介导染色质成环和拓扑相关结构域的形成。为了探讨Cohesin复合物介导的染色质高级结构是否调控成体干细胞分化及其相关基因表达, 该研究选择了Cohesin复合物的一个亚基RAD21, 制备了可诱导型RAD21蛋白降解的基因敲入小鼠模型(auxininducible degron, AID)。当auxin存在时, 泛素连接酶OsTIR1降解含有AID标签的RAD21蛋白。小鼠制备策略是: 在Rad21基因3′端引入了Loxp-Stop-Loxp-AID-EGFP-P2A-OsTIR1元件(Rad21Aid/+), 与骨骼肌成体干细胞特异的Cre工具鼠(Pax7-Cre)配繁, 通过auxin诱导, 在骨骼肌成体干细胞中特异降解RAD21蛋白, 从而探究RAD21蛋白缺失对骨骼肌成体干细胞分化及相关基因表达的影响。该研究取得意外的结果: Rad21基因敲入的纯合子小鼠(Rad21Aid/Aid, Hom)比野生型小鼠(WT)出生率显著降低; 出生的Hom小鼠较WT小鼠的体型小且体质量轻; 出生的Hom小鼠骨骼肌重量降低, 骨骼肌纤维直径减小; Western blot定量分析表明, 在没有配繁Pax7-Cre, 也没有auxin诱导的条件下, 与WT相比, Hom小鼠的骨骼肌干细胞中RAD21蛋白水平显著降低。以上研究结果表明: Rad21基因位点的遗传修饰导致RAD21蛋白表达水平显著降低。进一步分离骨骼肌干细胞诱导分化, 与WT相比, Hom小鼠的骨骼肌干细胞分化能力显著减弱, 这表明Rad21蛋白表达异常显著抑制骨骼肌干细胞分化。总之, 该研究发现Rad21基因位点修饰导致其表达异常, 进而影响小鼠发育和骨骼肌干细胞分化。