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胚胎干细胞和胚胎癌细胞因具有多向分化的潜能而被统称多能干细胞,其自我更新及多能性受各种转录因子、表观调控因子及相关信号通路共同调控。这些多能干细胞在体外培养条件下被诱导分化的分子机制与胚胎早期发育类似,已被作为模型广泛用于早期胚胎发育研究。实现对细胞分化调控机制的全面解析,将有力推动干细胞生物学、发育生物学和再生医学等的发展。OCT4是胚胎发育过程中的核心转录因子,它能调节细胞的多能性和命运决定,参与调控胚胎发育过程中三胚层的形成。Oct4的功能很大程度取决于它的蛋白水平。Oct4蛋白水平的改变会影响它与其它蛋白的互作以及与DNA的结合。有研究报道Oct4蛋白上特定位点的翻译后修饰(如SUMO化、磷酸化或泛素化)会显著影响Oct4蛋白的生物学功能,但Oct4蛋白的翻译后修饰又是受什么信号通路调控,以及这些修饰是如何影响Oct4对靶基因选择性调控的机制仍不明了。近期有研究显示蛋白激酶Akt也是调控胚胎干细胞自我更新能力的重要因子。本论文工作揭示Akt在胚胎癌细胞中能促进Oct4-T235位点磷酸化,未磷酸化的Oct4结合在AKT1启动子上抑制其转录,而Akt介导的Oct4磷酸化会激活AKT1的转录。Oct4-T235位点磷酸化修饰能促进胚胎癌细胞的自我更新,并抑制细胞向外胚层分化。Oct4-Sox2蛋白复合物是维持多能干细胞自我更新和多能性的关键因子。有研究发现Oct4蛋白在SUMO化后,Oct4-Sox2异二聚体的结合被破坏.然而 Oct4-Sox2互作的位点及该互作在细胞分化过程中的动态变化仍不清楚。本论文工作揭示了Oct4蛋白上高度保守的K156位点与D212形成分子间盐桥来稳定Oct4蛋白POU结构域的空间构象,从而加强Oct4-Sox2的结合。当K156被修饰或突变时(比如在膀胱癌患者组织样本中发现的K156N突变),K156-D212分子间盐桥的形成受阻,从而影响Oct4-Sox2异二聚体形成。在细胞中Oct4-K156N会减少Oct4与Sox2的结合,显著抑制受Oct4-Sox2二元调控的下游干性基因的转录,同时促进中内胚层分化基因的表达,并且可通过上调SNAIL家族基因的表达,来促进EMT过程。综上所述,本论文工作证明Oct4蛋白上特定位点的翻译后修饰或突变会通过调节其转录活性、蛋白互作、蛋白稳定性等,协同调控多能干细胞的自我更新、定向分化和癌变增殖等过程。