去甲基酶Kdm1b在人真皮成纤维细胞重编程过程中的功能研究

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Kdm1b(Lysine Demethylase 1B)是一种对H3K4、H3K9组蛋白具有去甲基酶活性的表观遗传修饰因子。近期研究报道,Kdm1b在多种肿瘤细胞中高表达,能够促进增殖、抑制凋亡,与肿瘤的发生发展密切相关。也有报道称,Kdm1b可诱导肿瘤中多能性因子SOX2和NANOG的表达。然而,关于Kdm1b在体细胞重编程过程中的功能却鲜有报道。诱导多能干细胞(Induced pluripotent stem cells,iPSCs)因其独特的性质,在再生医学领域一直备受关注,但他的低生成效率一直是其临床应用和进一步发展的巨大障碍。在本研究中,我们旨在利用Kdm1b提高体细胞重编程为iPSCs效率,并阐明Kdm1b在重编程过程中的作用。首先利用分子克隆构建了Kdm1b的过表达质粒并通过DNA凝胶电泳和测序等对序列进行验证,然后用构建的质粒包装出Kdm1b的慢病毒载体,探究了慢病毒包装、浓缩与纯化的最适条件,利用流式测定病毒的滴度,通过q PCR、蛋白质印迹分析检测Kdm1b在细胞内转录和蛋白质的表达水平。接着用慢病毒Kdm1b和传统的山中因子(OCT4、SOX2、KLF4和c-MYC,OSKM)一起感染人真皮成纤维细胞(HDF)。与四种转录因子联合感染HDF相比,加上Kdm1b后的五转录因子(OSKMK)联合感染HDF能生成更多的iPSCs样克隆,并且这些克隆的碱性磷酸酶(AP)染色分析呈阳性。进一步将这些细胞注射到小鼠体内生成了包含三胚层的畸胎瘤,验证了获得的细胞克隆为iPSCs。进一步我们对Kdm1b促进iPSCs形成的作用机制进行了研究,通过蛋白免疫印记我们不仅验证了先前报道的Kdm1b对H3K4Me、H3K4Me2和H3K9Me2的去甲基酶活性,而且发现Kdm1b还表现出对H3K36me2和H3K27Ac的催化活性,而这两种表观修饰被认为会促进iPSCs的形成。同时我们通过过表达Kdm1b,并进行RNA测序(RNASequence,RNA-Seq)分析发现,大量的差异基因在增殖、代谢和多能性基因等相关通路处富集。为了进一步确认RNA测序的结果,我们通过CCK-8对过表达Kdm1b后的细胞增殖能力进行了分析,发现Kdm1b确实能够促进细胞增殖,同时蛋白质免疫印迹分析发现显示过表达Kdm1b后HDF中促进细胞周期相关蛋白如p-AKT1、Cycin D1、ERK1/2等的表达水平明显升高,而抑制细胞周期的蛋白如p16和p21的表达被显著抑制。XF-代谢分析发现Kdm1b同时促进了细胞的糖酵解和氧化磷酸化能力,使HDF进入一种混合代谢状态。在细胞凋亡实验中我们发现,过表达Kdm1b可以提高HDF的抗凋亡能力,同时蛋白质免疫印迹的结果也显示p53、Caspase-3、Caspase-9等凋亡基因的表达水平的降低和Bcl-2、β-Catein等抗凋亡基因表达水平的上升,进一步支持了细胞实验中的结果。进一步我们通过q PCR对转录组测序中多潜能相关因子的表达结果进行了验证,确认了过表达Kdm1b后,核心多能性因子SOX2和NANOG以及表观遗传因子Bmi1、Ctcf、Ezh2、Kdm2b和Wdr5的表达水平的提升,这一结果表明Kdm1b可以直接通过促进多个多潜能相关基因的表达来促进iPSCs的形成。Kdm1b作为去甲基化酶,能够调节多种组蛋白的表观遗传修饰,还影响了H3K27Ac的乙酰化状态。Kdm1b通过抑制p53相关通路抑制细胞凋亡,促进细胞增殖,调节细胞的代谢方式,并可促进核心多能因子SOX2和NANOG以及表观遗传因子Bmi1、Ctcf、Ezh2、Kdm2b和Wdr5等的表达,进而提高i PS细胞的生成效率。因此,我们认为Kdm1b是与多能性相关的重要表观遗传因子,在细胞重编程中发挥重要作用。
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