背景:2003年,Mitsui和Chambers等两个实验室几乎同时报道一个新基因,并且正式命名为Nanog。这是一种在原始生殖细胞、内细胞团以及胚胎干细胞(ESCs)中表达的新转录因子。Nanog不仅在多能性细胞中表达,而且还在乳腺癌、视网膜母细胞瘤、生殖细胞瘤和前列腺癌等多种肿瘤细胞中表达。研究表明Nanog不仅是维持ESCs自我更新和亚全能性过程中起关键性作用的因子,而且与肿瘤有着千丝万缕的联系。维持Nanog的稳定性对于ESCs的自我更新和干性维持有重要作用。泛素-蛋白酶体途径是维持蛋白稳定的重要途径,已报道的FBXW8作为Nanog的泛素连接酶E3催化Nanog的泛素化,进而将Nanog带到蛋白酶体使其降解。泛素-蛋白酶体途径是机体维持蛋白质稳定的一个重要途径。被泛素连接的底物蛋白被带到26S蛋白酶体上,最终被降解。泛素-蛋白酶体途径是一个可以被严格调控的可逆过程。在稳定蛋白的过程中去泛素化酶(deubiquitinating enzymes,DUB)的作用是相反于泛素化的另一个重要的调控环节。目前,人类基因组中大约有100个DUB分子,这些不同类型的去泛素化酶能水解底物蛋白上的泛素链上泛素之间的连接,起到去泛素化的作用,对蛋白降解进行反向调节,稳定蛋白的表达水平或是影响蛋白质的定位,从而影响蛋白质的功能,进而影响细胞的生长发育、信号转导、神经病变或肿瘤等许多细胞生理或病理过程。机体内蛋白水平是动态平衡的,那么我们关注的问题是与泛素化作用相反的过程中,是什么稳定了 Nanog的蛋白水平?进而在ESCs的自我更新过程起重要作用?目的:干性转录因子Nanog在维持胚胎干细胞干性和自我更新方面有重要作用,Nanog蛋白的稳定性对于维持胚胎干细胞干性是必须的。由泛素连接酶和去泛素化酶介导的泛素蛋白酶体讲解途径是调控蛋白稳定性和功能的一个重要途径。有报道称FBXW8可以作为Nanog的泛素连接酶催化其泛素化。但是,在ESCs中调控Nanog蛋白稳定性的去泛素化酶尚未见报道。我们的目的就是筛选Nanog的去泛素化酶并对其功能进行研究。方法与结果:由于Nanog在多种细胞系中的蛋白表达水平较低,我们将带有标签的Nanog和DUB质粒外转至293T细胞中,检测不同DUB对Nanog的蛋白水平有什么影响。结果发现,USP21可以稳定Nanog蛋白,并且是通过其去泛素化酶活性发挥作用的。之后Co-IP实验帮助我们验证Nanog和USP21的相互作用,不论在体内还是体外状态下,两者都存在相互作用。USP21可以稳定Nanog蛋白水平,这种效应是特异的,对其他干性转录因子Sox2、Oct4并没有作用。在半衰期实验中,我们发现USP21过表达可以明显延长Nanog的半衰期。另外,我们还发现USP21特异的移除K48位连接的泛素链,使Nanog蛋白去泛素化,使之免受蛋白酶体的降解。Nanog在胚胎干细胞干性维持过程中起重要作用,为了验证USP21在胚胎干细胞干性维持过程中的功能,我们使用了两种诱导分化手段解释说明了 USP21在胚胎干细胞干性维持过程中的重要作用,并利用USP21敲低细胞系验证这一结果。结论:文章中我们鉴定了 USP21是Nanog的去泛素化酶,并验证了二者的相互作用,通过实验证明了 USP21稳定NANOG确实是通过其去泛素化酶活性来起作用。并在胚胎干细胞水平上证明了 USP21的功能,USP21稳定NANOG蛋白并在胚胎干细胞分化过程中起重要作用