2020年12月22日[HY1] ，中國醫學科學院基礎醫學研究所黃粵和余佳團隊在The EMBO Journal發表了“hnRNPLL controls pluripotency exit of embryonic stem cells by modulating alternative splicing of Tbx3 and Bptf”的論文。研究報道了hnRNPLL通過調控Bptf、Tbx3等關鍵基因mRNA的可變剪接促進胚胎干細胞退出多能性的轉錄后調控新機制。
胚胎干細胞（Embryonic stem cell, ESC）具有可體外培養、無限增殖、自我更新和多向分化的特性，在適當條件下可誘導生成不同類型的細胞、組織。ESC從多能性狀態退出、打破維持ESC多能性的調控網絡，是ESC進入譜系分化程序的首要步驟。轉錄后調控（Post-transcriptional gene regulation，PTGR）是真核基因表達調控的重要環節。有研究指出，PTGR啟動了ESC多能性的退出，因為自我更新相關基因mRNA水平的迅速下降，早于其轉錄水平的沉默。而RNA的各種轉錄后調控過程均由RNA結合蛋白（RNA binding protein，RBP）參與和介導完成。
該研究工作系統性篩查了RBP在ESC退出多能性中可能的功能，發現7個RBP的缺失會不同程度影響小鼠ESC退出多能性。其中，hnRNPLL缺失會導致ESC在分化狀態下自我更新基因不能正常下降，ESC的體內、外分化能力嚴重受損，過表達hnRNPLL則能顯著促進ESC退出多能性。
hnRNPLL互作蛋白質組分析發現其在ESC中主要與RNA剪接復合體相互作用，可能參與調控RNA剪接。進一步對hnRNPLL-/- ESC中RNA可變剪接及hnRNPLL所結合靶RNA進行系統分析，發現hnRNPLL促進了一系列在ESC退出多能性過程中增加的可變外顯子跳躍（exon skipping）事件，而hnRNPLL的缺失則抑制了這些可變外顯子的跳躍，導致退出多能性障礙。隨后作者詳細研究了hnRNPLL對重要多能性調控因子Tbx3和Bptf mRNA可變剪接的調控。發現Tbx3 exon2a 和Bptf exon24a均是可變外顯子，包含該可變外顯子的轉錄本起到維持ESC多能性的作用，而不包含該外顯子的轉錄本則發揮相反功能，hnRNPLL則通過抑制該可變外顯子的選擇促進ESC退出多能性。在hnRNPLL-/- ESC中特異敲除Tbx3 exon2a 和Bptf exon24a則能部分恢復其退出多能性的缺陷。通過本研究，作者認為hnRNPLL所介導的RNA可變剪接在ESC多能性退出中發揮關鍵作用，為研究轉錄后調控在ESC多能性退出中的功能機制提供了有價值的資源和參考，并提出了可通過靶向RBP優化ESC體外分化系統、加速ESC再生醫學應用的新途徑和思路。
圖1. hnRNPLL通過調控Bptf、Tbx3等關鍵基因mRNA的可變剪接促進ESC退出多能性
本研究工作得到中國醫學科學院醫學與健康科技創新工程（2016-I2M-3-002, 2019-I2M-2-001,2017-I2M-3-009）等項目的資助。中國醫學科學院基礎醫學研究所黃粵研究員、余佳研究員、馬艷妮副研究員和南方醫科大學王棟研究員為論文共同通訊作者，中國醫學科學院基礎醫學研究所王雪博士后、平昌昀博士研究生和南方醫科大學譚普文博士研究生為論文的共同第一作者。
論文鏈接：https://www.embopress.org/doi/epdf/10.15252/embj.2020104729
