多能幹細胞（Pluripotent stem cells, PSCs）因其在體外具有無限增殖和分化為不同類型細胞的潛能，在再生醫學領域中具有廣泛應用前景，也成為目前臨床上最具潛能的成藥細胞。PSCs制備過程中的标準化、規模化及細胞品質穩定性是其走向臨床應用的先決條件.但人PSCs在體外擴增培養過程中,易出現遺傳和表觀遺傳的變異,嚴重阻礙了PSCs的臨床應用【1】。是以,研究PSCs遺傳物質穩定性維持機理，是尋找改善政策、突破應用瓶頸的關鍵。
PSCs基因組的突變率遠低于分化細胞。中國科學院昆明動物研究所鄭萍研究團隊和其他團隊的前期研究表明，PSCs利用不同于體細胞的特殊機制，有效調控基因組穩定【2】。鄭萍課題組前期已鑒定了PSC在DNA複制、DNA損傷修複中的一些特殊分子及作用機制【3-6】。課題組最近的研究還發現了PSCs監控細胞基因組品質的一條新通路。
有效清除基因組損傷的細胞個體，是幹細胞維持群體基因組穩定的重要方式。p53是目前已知唯一的幹細胞基因組品質監控分子。p53通過在轉錄水準上抑制多能性調控網絡關鍵基因的表達，激活分化調控網絡基因的轉錄，使PSCs快速啟動分化和凋亡，確定PSCs的基因組品質【7, 8】。除了p53通路，是否還存在其他獨立的機制調控損傷幹細胞的清除，值得進一步研究。
近日，中國科學院昆明動物研究所鄭萍研究團隊在Science Advances刊發了題為 Lnc956 regulates mouse embryonic stem cell differentiation in response to DNA damage in a p53-independent pathway 的研究論文。該研究以小鼠ESC為研究對象，鑒定了一個獨立于p53的新的ESCs基因組品質控制因子-LncRNA NONMMUT028956 (簡寫為Lnc956)，并闡述了其作用機制。Lnc956特異性在ESCs中表達，基因組受損後，能大量結合幹性維持關鍵蛋白 KLF4，拮抗KLF4的幹性調控功能，使基因組損傷的幹細胞快速發生分化，得以清除。Lnc956-KLF4通路不依賴p53，和p53通路平行，共同對幹細胞基因組品質進行監控。
研究團隊利用前期研發的一個新技術-分離新生DNA鍊上RNA技術（isolate RNAs on nascent DNA ，iROND) 鑒定了ESCs中特異表達的一個新LncRNA，Lnc956。利用多種DNA損傷藥物處理、分化、凋亡、單克隆形成、克隆競争性和轉錄組學等方法對該LncRNA功能研究後發現，缺失Lnc956的ESCs在受到DNA損傷後不易啟動分化和凋亡，提示Lnc956參與DNA損傷後ESCs的分化和凋亡。但是，Lnc956缺失的ESC中，p53通路的激活和功能未受影響，提示p53沒有介導Lnc956的調控作用。為探究Lnc956分子水準上具體作用機理，研究人員利用In vitro/in vivo RNA pull down、蛋白質質譜及RNA免疫共沉澱等技術鑒定出與Lnc956互相作用的靶蛋白-KLF4。機制分析發現，在未受DNA損傷時，Lnc956與KLF4無互相作用。而在基因組受損後，DNA損傷反應通路的核心激酶 ATM 激活，ATM活化 Mettl3 (調控RNA m6A修飾），使 Lnc956 發生m6A修飾。發生 m6A修飾的Lnc956大量結合幹性維持關鍵蛋白 KLF4。Lnc956-KLF4結合體滞留KLF4蛋白，阻止KLF4蛋白對ESCs多能性的調控，阻止其結合到DNA上行使幹性調控功能，使基因組損傷的幹細胞快速發生分化，得以清除。Lnc956-KLF4通路不依賴p53，和p53通路平行，共同對幹細胞基因組品質進行監控。。是以，當ESCs受到DNA損傷應激時，磷酸化的ATM信号通路可分别激活p53和Lnc956-KLF4兩條通路，使未受DNA損傷修複的ESCs快速發生分化和凋亡，高效清除受損ESCs，防止其傳遞到子代，確定了ESCs遺傳物質的穩定性和安全性（圖1）。
圖1. p53和Lnc956協調調控ESCs品質控制的工作模型
中科院昆明動物研究所鄭萍研究員和馬懷孝副研究員為該論文共同通訊作者，馬懷孝副研究員，甯雨琪博士生和王林副研究員為該論文的共同第一作者。
原文連結：
http://doi.org/10.1126/sciadv.ade9742
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