四川大學《CellReports》解析原始侏儒癥病因

　　近日，知名期刊《Cell Reports》刊登了四川大學生命科學學院的最新研究論文“Primordial Dwarfism Gene Maintains Lin28 Expression to Safeguard Embryonic Stem Cells from Premature Differentiation”，表明原始侏儒癥基因Lapr7可維護Lin28的表達，防止胚胎干細胞過早分化。這項研究，從胚胎干細胞的角度，為PD提供了一個有趣的解釋，把Lin28與原始侏儒癥病因聯系起來。

　　本文通訊作者為四川大學生命科學學院生長代謝衰老研究中心的李沁桐博士，其2006年博士畢業于美國愛荷華大學，先后在美國哈佛大學和加州大學舊金山分校從事博士后研究，2009年至今為四川大學生命科學學院博士生導師，先后在EMBO Journal、JBC、Molecular Cell、Cell Stem Cell、Cell Reports等著名國際期刊發表論文多篇。李沁桐實驗室致力于干細胞生物學研究及轉化醫學開發。利用iPS誘導干細胞技術和干細胞定向分化技術模擬人類疾病發生發展過程，研究致病機理，開發干細胞治療并為新藥研制提供篩選平臺。本文第一作者為該實驗室成員戴謙。本研究受到國家基礎研究973項目、國家自然科學基金和四川省科技部的資助支持。

　　原始侏儒癥(Primordial dwarfism，PD)是一種單基因疾病，特點是在出生前和出生后的總體生長不足。PD與普通侏儒癥不同，PD患者的身體比例像正常人一樣協調，只是身體發育很緩慢。盡管一個世紀以來，人們一直認為PD是一種隱性遺傳性狀，但直到最近才發現其致病基因。有趣的是，大多數PD基因在正常生理條件下的DNA 復制和損傷應答通路中發揮功能。值得注意的是，U4atac小核RNA(snRNA)突變——小剪接體的一個組成部分，也被認為與PD有關。然而，這些基因中的缺陷是如何導致了PD，目前仍然知之甚少。

　　最近，有研究認為，La核糖核蛋白結構域家族成員7(LAPR7)的胚系功能缺失突變與PD有關。研究人員最初將LAPR7蛋白確定為核糖核蛋白復合物(7SK RNP)中7SK snRNA的一個組成性結合伴侶。7SK RNP唯一已知的功能是招募RNA結合蛋白HEXIM1或HEXIM2，并隨后隔離正轉錄延伸因子b(P-TEFb)。 P-TEFb，由CDK9催化亞基和細胞周期素T調節亞基組成，是釋放來自近端啟動子暫停的RNA聚合酶II的一個關鍵因子。因此人們普遍認為，P -TEFb活性的上調可激活總的基因轉錄。事實上，由于P-TEFb亞基的長時間過表達，可增加生物質合成，因此會導致非分裂細胞的細胞生長。

　　在癌細胞中，P-TEFb的活性通常也是增加的，并且是細胞增殖所必需的。通過7SK RNP，大多數細胞的P-TEFb都處于一種非活躍狀態。LARP7似乎能保持細胞內7SK RNP的穩定性，盡管并不是體外抑制P-TEFb所必需的。敲除LARP7能夠使P-TEFb從7SK RNP中釋放出來，所以其能夠增加P-TEFb的細胞活性。因此，LARP7的功能缺失導致總體生長不足，這似乎是矛盾的。

　　胚胎干細胞(ESCs)是能夠自我更新的多能性細胞，能夠在三個胚層產生各種細胞類型。在最佳條件下，ESCs可以在體外無限增殖。有趣的是，最近有研究表明，在血清中，小鼠ESCs在一個初始狀態(na?ve state，類似于囊胚中的內細胞團)和一個活化狀態(primed state，發育上類似于更先進外胚層的一個更分化狀態)之間搖擺不定。這兩種狀態的自我更新和多能性，是由相同的一組核心多能性轉錄因子保持，但卻存在關鍵的差異。活化狀態中的ESCs表現出扁平的細胞形態，表達細胞系特異性轉錄，具有較低的克隆形成，并不能引起囊胚嵌合體。

　　值得注意的是，研究人員普遍觀察到，血清培養的ESCs表現出自發的分化，可能是因為它們在活化狀態下更容易分化。在分子水平上，初始狀態的細胞系相關基因的過早轉錄，受到RNA聚合酶II近端啟動子暫停的限制。在活化狀態下，將RNA聚合酶II釋放到這些基因的生產性轉錄延伸區，是基因表達上調的一種普遍機制。然而，是否P-TEFb參與其中尚不清楚。對調節ESCs初始和活化狀態的分子通路的了解，仍然還處于初級階段。

　　由于ESCs能夠產生多種細胞類型，所以它們提供了一個獨特而優秀的人類疾病體外模型。有趣的是，據推測，PD基因功能缺陷可能會降低發育早期的胚胎細胞數量，導致子宮內觀察到的較小胚胎體積。然而，是否PD患者ESCs的任何方面都會受到影響還不清楚。因為LARP7突變是生殖細胞突變，所以我們認為，ESCs是研究這種發育障礙根本機制的一個理想系統。

　　這項研究表明，Larp7缺失，通過Lin28(最近出現的一個重要的哺乳動物身體尺寸正調控因子)的異常調節，使ESCs處于待分化狀態。具體來說，研究人員發現，Larp7與一種poly(A)聚合酶Star-PAP相互作用，來維持Lin28 mRNA的穩定性。研究人員認為， Lin28和P-TEFb的適當調節，是避免ESCs過早分化所必需的，以使足夠數量的細胞分裂可以在分化之前完成，以便保持合適的有機體大小。

　　總之，這項研究把Lin28與原始侏儒癥病因聯系在一起，強化了它作為有機體大小主要調節因子的作用。具體來說，研究人員揭示，包含Larp7和 Star-PAP的一個蛋白質復合體，是保持Lin28在ESCs中表達所必需的。確定其他PD基因的缺陷是否也引起胚胎干細胞的數量減少，將具有非常重要的意義。理解根本機制將有助于我們在體外操縱胚胎干細胞，起到其在再生醫學中的重要作用。