导读：  黄粤课题组和余佳课题组合作的研究论文“hnRNPLL controls pluripotency exit of embryonic stem cells by modulating alternative splicing of Tbx3 and Bptf”于2020年12月22日在Tthe EMBO Journal ”杂志在线发表研究论文“hnRNPLL controls pluripotency exit of embryonic stem cells by modulating alternative splicing of Tbx3 and Bptf”。该研究工作揭示了胚胎干细胞“退出多能性”过程的转录后调控新机制。

文章链接：https://www.embopress.org/doi/epdf/10.15252/embj.2020104729

图1. hnRNPLL通过调控Bptf、Tbx3等关键基因mRNA的可变剪接促进ESC退出多能性

胚胎干细胞（Embryonic stem cell, ESC）具有可体外培养、无限增殖、自我更新和多向分化的特性，在适当条件下可诱导生成几乎所有不同类型的成体细胞、组织，甚至“类器官”。而从多能性状态退出、打破维持ESC多能性的调控网络，是ESC进入谱系分化程序的首要步骤。转录后调控（Post-transcriptional gene regulation，PTGR）是真核基因表达调控的重要环节。有研究报道指出，PTGR启动了ESC多能性的退出，因为在此过程中自我更新相关基因mRNA水平的迅速下降，早于其转录水平的沉默。而RNA的各种转录后调控过程均由RNA结合蛋白（RNA binding protein，RBP）参与和介导完成。

该研究工作系统性筛查了RBP在ESC多能性退出中可能的功能，发现7个RBP的缺失会不同程度影响小鼠ESC的多能性退出。其中，hnRNPLL缺失会导致ESC在分化状态下自我更新基因不能正常下降，ESC的体内、外分化能力均严重受损，而过表达hnRNPLL则能显著促进ESC退出多能性。

hnRNPLL互作蛋白质组分析发现其在ESC中主要与RNA剪接复合体相互作用，可能参与调控RNA剪接。进一步对hnRNPLL-/- ESC中RNA可变剪接及hnRNPLL所结合靶RNA进行系统分析，发现hnRNPLL促进了一系列在ESC退出多能性过程中增加的可变外显子跳跃（exon skipping）事件，而hnRNPLL的缺失则抑制了这些可变外显子的跳跃，导致退出多能性障碍。进一步，作者集中阐明了hnRNPLL对重要多能性调控因子Tbx3和Bptf mRNA可变剪接的调控。Tbx3 exon2a 和Bptf exon24a均是可变外显子，包含该可变外显子的转录本起到维持ESC多能性的作用，而不包含该外显子的转录本则发挥相反功能，hnRNPLL则通过抑制该可变外显子的选择促进ESC退出多能性。在hnRNPLL-/- ESC中特异敲除Tbx3 exon2a 和Bptf exon24a则能部分回复其退出多能性的缺陷。通过本研究，作者认为hnRNPLL所介导的RNA可变剪接在ESC多能性退出中发挥关键作用，为研究转录后调控在ESC多能性退出中的功能机制提供了有价值的资源和参考，并提出了可通过靶向RBP优化ESC体外分化系统、加速ESC在再生医学领域转化应用的新途径和思路。

【摘要】The regulatory circuitry underlying embryonic stem (ES) cell self-renewal is well defined, but how this circuitry is disintegrated to enable lineage specification is unclear. RNA-binding proteins (RBPs) have essential roles in RNA-mediated gene regulation, and preliminary data suggest that they might regulate ES cell fate. By combining bioinformatic analyses with functional screening, we identified seven RBPs played important roles for the exit from pluripotency of ES cells. We characterized hnRNPLL, which mainly functions as a global regulator of alternative splicing in ES cells. Specifically, hnRNPLL promotes multiple ES cell-preferred exon skipping events during the onset of ES cell differentiation. hnRNPLL depletion thus leads to sustained expression of ES cell-preferred isoforms, resulting in a differentiation deficiency that causes developmental defects and growth impairment in hnRNPLL-KO mice. In particular, hnRNPLL-mediated alternative splicing of two transcription factors, Bptf and Tbx3, is important for pluripotency exit. These data uncover the critical role of RBPs in pluripotency exit and suggest the application of targeting RBPs in controlling ES cell fate.

该研究由中国医学科学院基础医学研究所和医学分子生物学国家重点实验室黄粤团队、余佳团队联合南方医科大学王栋团队共同完成。基础医学研究所王雪（黄粤课题组博士后）、平昌昀（余佳课题组博士）以及南方医科大学谭谱文（王栋课题组博士生）为本文的共同第一作者，基础医学研究所黄粤研究员、马艳妮研究员、余佳教授及南方医科大学王栋教授为通讯作者。此研究获中国医学科学院医学与健康科技创新工程基金（2016-I2M-3-002; 2019-I2M-2-001；, 2017-I2M-3-009）、国家重点研发计划“干细胞与转化研究”专项（2016YFA0100103; 2019YFA0801800; 2019YFA0802600）、国家自然科学基金项目资助。

医学分子生物学国家重点实验室