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基于TurboID技术揭示LSD1通过激活氧化磷酸化调控多能性退出的具体机制

批准号:
32100472
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
孙昊
学科分类:
表观遗传调控
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
孙昊

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
LSD1可以通过调控细胞能量代谢抑制多能性重建和促进多能性退出。因此,申请人提出:“LSD1通过影响能量代谢关键基因上的表观修饰调控多能干细胞由原始态向始发态的转变(NPT)”的假说。由于LSD1在胚胎干细胞中多组ChIP-seq数据之间重复性差,难以直接用于鉴定LSD1的调控位点及下游靶标基因。申请人计划利用TurboID技术(邻近蛋白生物素标记技术)将表观因子与组蛋白的短暂结合转变成组蛋白上稳定的生物素修饰,进而结合CUT&Tag技术揭示表观因子的调控位点和下游靶标基因。申请人将在NPT过程中的不同时间点利用上述新技术体系确定LSD1的调控位点和下游靶标基因,利用蛋白质组技术确定与LSD1直接结合的其他表观因子,以此为基础确定LSD1通过调控能量代谢关键基因上的表观修饰促进氧化磷酸化和NPT的具体机制。项目将通过揭示LSD1调控NPT过程的具体机制推动多能性退出过程中表观机制研究。
英文摘要
LSD1 inhibits pluripotency re-establishment and facilitates pluripotency exit by modulating energy metabolism in cells. Thus, the applicant suggests that LSD1 can regulate the transition of embryonic stem cells (mESCs) from naïve to primed state (NPT) by controlling the epigenetic modifications on the key genes related to energy metabolism. Since the consistency among five ChIP-seq datasets of LSD1 in mESCs is low, it is difficult to identify the targeting sites and genes of LSD1 in mESCs with these datasets. Therefore, the applicant tries to convert the transient interaction between epigenetic factors and histones to biotin-labels on histones by using TurboID system, which will be followed by a CUT&Tag system to identify the targeting sites and genes of epigenetic factors. At different time points during the NPT process, the applicant will identify the targeting sites and genes of LSD1 by using abovementioned method, identify the proteins which directly interact with LSD1 by using proteomic methods, and then explore how LSD1 facilitates oxidative phosphorylation and NPT by controlling the epigenetic modifications on the key genes related to energy metabolism. By understanding how LSD1 regulates NPT, new insights will be provided for epigenetic mechanisms during pluripotency exit.
LSD1(Lysine-Specific Demethylase 1)是一种表观遗传调控因子,参与染色质修饰及基因表达调控,对胚胎干细胞的多能性维持和分化具有重要作用。本研究以LSD1在胚胎干细胞中的调控功能为切入点,围绕其靶向位点、调控机制及功能展开深入探讨,旨在揭示其在细胞命运决定中的关键作用,并为再生医学和疾病治疗提供新思路。研究主要通过TurboID和CUT&Tag技术相结合,建立了精准鉴定LSD1结合位点及其靶标基因的技术体系。实验验证表明,TurboID技术能够高效捕获LSD1靶向位点,与公共数据库中的高置信度数据集重合率高达88%。此外,本研究通过生物信息学分析发现了一批仅存在于TurboID组的LSD1新靶向位点,这些位点富集于转录调控及泛素化修饰相关的基因区域,并与核心胚胎干细胞转录因子(如Oct4、Sox2、Klf4)及信号通路关键转录因子(如Tcf3、Smad2/3)的结合motif高度相关,揭示了LSD1的新调控功能。进一步在3D分化体系中研究LSD1的功能,结果表明LSD1抑制对细胞聚集体的形态和内部结构具有显著影响。在Primed状态下,LSD1抑制导致细胞数量减少和凋亡增加,同时显著降低了干细胞标记物OCT4的阳性比例。此外,基因表达谱分析显示,LSD1抑制显著上调分化相关基因(如Eomes、Sox17)及凋亡相关基因(如Bad、Fas)的表达,表明LSD1通过调控细胞分化与凋亡平衡影响细胞命运转变。本研究还对LSD1在分化早期与晚期的调控机制进行了探索。结果显示,在分化早期,LSD1主要通过调控细胞周期相关基因(如染色体分离、细胞粘附等)影响细胞命运决定;而在晚期,LSD1则通过调控胞外基质与细胞间互作相关基因,调控细胞分化方向。motif富集分析进一步揭示了MAZ、GLI2等转录因子可能作为LSD1的协同因子,参与其调控网络。综上所述,本研究系统揭示了LSD1在胚胎干细胞分化与命运决定中的多层次调控作用,并初步建立了其通过表观遗传和能量代谢调控细胞命运的工作模型。这不仅深化了对表观因子功能的理解,还为干细胞研究、疾病治疗及表观组学技术发展提供了重要理论依据和技术支撑。
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