Epigenetic regulation of embryonic stem cells by ATP-dependent BAF chromatin remodeling complexes

ATP依赖性BAF染色质重塑复合物对胚胎干细胞的表观遗传调控

基本信息

项目摘要

PROJECT SUMMARY Self-renewal and pluripotency are defining properties of an embryonic stem cell (ESC). Although extremely transient in vivo, these cells can be captured from the inner cell mass of the embryo and maintained indefinitely in a pluripotent state or differentiated into essentially any specialized cell in vitro. As such, embryonic stem cells (ESCs) hold great promise for regenerative medicine, which seeks to use ESCs to regenerate or rejuvenate cells and tissues that have been damaged due to injury, disease, or underlying genetic mutations. However, to leverage their full potential, we must understand the mechanisms that control ESC self-renewal and pluriptency to allow (re)generation of any tissue while preventing aberrant growth or depletion of the stem cell pool. Stem cell identity is defined by a gene regulatory network dictated by the master regulators OCT4, SOX2 and NANOG. However, the binding of these transcriptional factors is in turn highly dependent on the accessibility of the chromatin landscape. To access the underlying genomic information, histone proteins must be repositioned or removed, a function that is performed by ATP-dependent chromatin remodeling complexes. In particular, several components of the mammalian SWI/SNF or BAF complex are essential for formation of the inner cell mass and for derivation of ESCs in vitro. BAF complexes are regulated by the combinatorial assembly of homologous subunits from gene families. However, there is currently no mechanistic understanding of how unique combinations of distinct subunits affect BAF complex targeting or function. Using biochemical approaches, a completely novel and previously undescribed form of the BAF complex was discovered in ESCs that contains the acetyl lysine reader, Bromodomain-containing protein 9 (BRD9). Due to the incorporation of BRD9 and other unique subunits, the BRD9-containing BAF complex or 'BBAF complex' is uniquely targeted across the genome and exhibits specific regulatory interactions not found associated with canonical BAF complexes. Moreover, the BBAF complex lacks certain subunits that are critical for ATP- dependent chromatin remodeling, suggesting that it may have alternate function. The goals for the next five years are to determine the mechanism of BRD9-mediated chromatin targeting of the BBAF complex and how that relates to the transcriptional regulation of genes involved in ESC self-renewal and pluripotency. These studies will aid in our understanding of how BAF complex heterogeneity contributes to the precise control of the ESC transcriptional program and provide a framework for understanding the roles of individual BAF subunits in contributing to cell type- and developmental stage-specific function of BAF complexes.
项目概要 自我更新和多能性是胚胎干细胞 (ESC) 的定义特性。虽然极其 在体内短暂存在,这些细胞可以从胚胎的内细胞团中捕获并无限期地维持 处于多能状态或在体外分化成基本上任何特化细胞。因此,胚胎干 细胞(ESC)对于再生医学有着巨大的前景,再生医学试图利用 ESC 来再生或 使因损伤、疾病或潜在基因突变而受损的细胞和组织恢复活力。 然而,为了充分发挥其潜力,我们必须了解控制 ESC 自我更新的机制 和多能性,允许(重新)生成任何组织,同时防止茎的异常生长或消耗 细胞池。干细胞身份是由主调控因子 OCT4 决定的基因调控网络定义的, SOX2 和 NANOG。然而,这些转录因子的结合又高度依赖于 染色质景观的可及性。为了获取潜在的基因组信息,组蛋白必须 被重新定位或移除,这是由 ATP 依赖性染色质重塑复合物执行的功能。 特别是,哺乳动物 SWI/SNF 或 BAF 复合物的几个成分对于形成 内细胞团和用于体外衍生 ESC。 BAF 复合物受组合调节 来自基因家族的同源亚基的组装。但目前还没有机制 了解不同亚基的独特组合如何影响 BAF 复合物的靶向或功能。使用 生化方法中,BAF 复合物的一种全新且先前未描述的形式是 在含有乙酰赖氨酸阅读器、含溴结构域的蛋白 9 (BRD9) 的 ESC 中发现。由于 BRD9 和其他独特亚基的合并,含有 BRD9 的 BAF 复合物或“BBAF 复合物”是 在整个基因组中具有独特的靶向性,并表现出未发现的特定调控相互作用 典型的 BAF 复合体。此外,BBAF 复合物缺乏某些对于 ATP- 至关重要的亚基。 依赖的染色质重塑,表明它可能具有替代功能。未来五年的目标 确定 BRD9 介导的染色质靶向 BBAF 复合物的机制以及如何 这与 ESC 自我更新和多能性相关基因的转录调控有关。这些 研究将有助于我们理解 BAF 复杂的异质性如何有助于精确控制 ESC 转录程序并为理解单个 BAF 的作用提供了一个框架 亚基有助于 BAF 复合物的细胞类型和发育阶段特异性功能。

项目成果

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