胚胎发育的重要调控因子ESRRB

撰文 | 一只鱼

在胚胎发育过程中，原始多能外胚层细胞会向“Formative”形态转变，这种状态的外胚层细胞会形成一个极性化的外胚层，具有不同的转录和表观图谱，并获得可以分化成所有体细胞和生殖系细胞的能力，但是原始外胚层细胞向“Formative”形态转变的分子调控机制仍不清楚。

2023年4月27日，来自意大利帕多瓦大学等机构的Graziano Martello、Davide Cacchiarelli和Jamie A. Hackett研究团队在Nature Cell Biology上发表题为Esrrb guides naive pluripotent cells through the formative transcriptional programme的文章，发现ESRRB对于激活Formative基因表达是充分且必要的，沉默Esrrb会抑制相关基因的表达，使得胚胎无法自我组装成3D结构，敲除Esrrb会抑制胚胎干细胞形成“Formative”干细胞和原始生殖细胞。

原始胚胎干细胞（ESC）可以在有细胞因子LIF（白血病抑制因子）和2i（Mek抑制剂+GSK3抑制剂）的情况下有效扩增，LIF和2i一起简称为2iL，当撤掉2iL时，ESC会进入一种可逆状态，当重新添加2iL时ESC会继续自我更新，而当持续缺少2iL时，ESC会开始分化并失去自我更新能力，且该过程是不可逆的。

在撤掉2iL后ESC留在N2B27培养基中，诱导神经分化，研究人员首先检测了ESC在失去幼稚多能性时的转录变化，发现幼稚基因Tfcp2l1和Nanog表达下降，而神经外胚层基因Sox1和Sox11表达升高，Formative标志基因Ptx2、Pou3f1、Sox3、Fgf5、Lef1、Hes6和Dnmt3a/b有短暂的激活。

接下来他们进行了ATAC-seq，发现核心多能性因子OCT4和SOX2在原始和Formative特征基因上富集，多能性因子KLF4、TFCP2L1和ESRRB在原始和Formative特征基因上都显著性富集，于是他们猜测在ESC分化过程中诱导多能性因子表达可能可以延长可逆状态，他们构建了稳定表达单个因子的细胞，发现确实诱导分化96h之后依然具有形成原始性克隆的能力，于是他们从多能性克隆中提取了基因组DNA，发现Esrrb大量整合到基因组上，因此在ESC分化过程中诱导Esrrb表达可以延长可逆状态。

进一步他们发现在撤掉2iL之后Esrrb mRNA水平快速降低，在可逆状态的细胞中仍存在ESRRB蛋白，并具有再诱导Esrrb mRNA的能力，而进入分化的细胞则永久失去了Esrrb表达。

分化可逆性与Esrrb表达相关

接下来他们构建了诱导性表达Esrrb的细胞，在分化过程中特异性诱导Esrrb表达，发现Esrrb表达足以赋予细胞可逆性，并且Esrrb可以促进Formative基因的表达。

那么沉默Esrrb是否会缩短可逆状态呢？他们发现瞬时敲降Esrrb会导致细胞无法形成原始性克隆，然后他们构建了Esrrb敲除克隆系，发现Esrrb既调控原始性基因也调控Formative基因的表达。

接下来他们构建了Esrrb诱导性敲除细胞，发现ESRRB对于Formative干细胞（FS细胞）的产生是必需的，并且敲除ESRRB会抑制原始生殖细胞（PGC）特化。

胚胎的Formative外胚层是一种极性化上皮结构，具有顶域，面向管腔，即羊膜前腔，3D培养ESC可以形成类似Formative外胚层的结构，他们发现Esrrb敲除细胞在3D培养时的管腔形成被抑制。

总的来说，这项研究揭示了胚胎发育过程中重要的调控因子ESRRB，Esrrb对于Formative基因的表达是充分且必要的，敲除Esrrb会使得ESC无法形成FS细胞和PGC，也无法自我组装成3D结构。

https://doi.org/10.1038/s41556-023-01131-x

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