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.2023年1月11日;80(1):36.
doi:10.1007/s00018-022-04676-6。

成人神经发生率和少突胶质细胞发生率通过p27依赖性SOX2基因抑制与细胞周期调节有关

附属公司

成人神经发生率和少突胶质细胞发生率通过p27依赖性SOX2基因抑制与细胞周期调节有关

安娜·多明戈·穆埃拉斯等。 细胞分子生命科学. .

摘要

细胞分化涉及全局基因表达的深刻变化,这通常必须与细胞周期的退出相协调。据报道,由于细胞周期素依赖性激酶抑制剂p27可调节成年小鼠脑室管膜下神经发生小生境中神经前体细胞的增殖,但也可影响基因表达,因此我们决定从分子水平分析其在成年神经发生和少突胶质细胞发生中的作用。在细胞水平上,我们发现p27限制了有丝分裂原退出后剩余的细胞周期依赖性激酶活性,以对抗细胞周期,但它对细胞周期退出不是必需的。通过整合全基因组的基因表达和染色质可及性数据,我们发现p27对抑制许多参与从多潜能向分化过渡的基因是一致必要的,包括编码神经祖细胞转录因子SOX2、OLIG2和ASCL1的基因。我们的数据揭示了p27与三个基因中的调控序列直接相关,以及p27抑制Sox2导致其下游靶点Olig2和Ascl1水平降低的额外层次关系。在体内,p27还需要调节成神经细胞和少突胶质前体细胞以谱系依赖的方式及时退出细胞周期所需的适当水平的SOX2。

关键词:ATAC-Seq;成人神经祖细胞;成体神经母细胞;细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂;神经分化;RNA模拟。

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数字

图1
图1
鼻咽癌分化培养中染色质和基因表达的变化。NSC区分协议示意图。红色箭头(此处和此后)表示有丝分裂原退出以诱导分化,DIV = 天。b条WT细胞增殖和分化开始之间全基因组染色质可及性和mRNA水平变化的散点图。开放/封闭:具有启动子相关差异染色质可及性的基因。具有差异mRNA表达的UP/DOWN基因。红色和蓝色气泡表示受sFDR控制的基因数量第页价值 < 0.05.c(c)来自B的散点图和根据综合差异ATAC-seq和RNA-seq定义的调节类别着色的汇总直方图:Closed_UP、Closed_DOWN、Open_UP和Open_DOWN。d日LISA将除PAX4和NGN2外的所有已知p27 TF伙伴鉴定为WT分化期间Close_UP和/或Closed_DOWN类别基因的潜在调节TF第页值和基因类别,以及HOMER发现的三个DNA序列基序标志。e(电子)p27百分比的量化+和Ki67+WT培养中分化的细胞(p27第页价值 = 0.008,Ki67第页价值 = 0.016,通过重复测量单向方差分析)。(f)免疫细胞化学显示p27(品红色)在2和2的表达 + 1 DIV(左侧面板)。第2和第2页p27强度分布的量化 + 1 DIV。显示中等强度(右侧面板)。βIII-TUBULIN的免疫细胞化学(绿色)+神经元,OLIG2+少突胶质细胞和GFAP+星形胶质细胞和p27(品红色)在分化方案结束时(2 + 5 DIV)*第页 < 0.05, **第页 < 0.01, ***第页 < 0.001. 比例尺:30µm
图2
图2
成人鼻咽癌培养中的细胞周期和细胞命运决定受p27调控。DHB-mVenus生物图像分析工作流程中的主要步骤(参见“材料和方法”)。b条c(c)WT和p27KO培养基中的DHB-mVenus信号(白色)在2 + CDK1/2抑制剂处理后1 DIV。G组细胞DHB-mVenus荧光胞浆灰度积分密度(IntDens)的比较0/G公司1通过生物图像分析进行测量。对未经处理或用1µM CDK1/2抑制剂处理的WT和p27缺陷培养物进行成像,并在2 + 1类。d日Ki67的百分比+单元格位于2 + 用1µM CDK1/2抑制剂处理WT、p27KO和突变培养物中的1 DIV。e(电子)βIII-TUBULIN的免疫细胞化学(左)和定量(右)+神经元(绿色),GFAP+星形胶质细胞(红色)和O4+少突胶质细胞2+WT和p27KO培养基中的5 DIV(左)。箭头指示阳性细胞。DAPI用于对细胞核进行反染色。(f)散点图和直方图,如图1b、c所示,描述p27KO细胞的分化。小时维恩图比较了野生型和p27KO细胞中染色质和表达同时变化的基因数量。h中所示重叠区域基因功能富集分析的点图表示。图中表示平均值,所有误差条表示标准误差。图中独立生物样本的数量以点表示*第页 < 0.05; **第页 < 0.01; ***第页 < 0.001. 比例尺:30µm
图3
图3
p27KO培养物中SOX2、ASCL1和OLIG2 TF在分化开始时被解除调控。分化与增殖野生型细胞(绿色)和p27KO细胞(蓝色)的RNA-seq和ATAC-seq数据集的综合基因组分析示意图。气泡中的数字表明启动子染色质可及性降低的UP和DOWN调节基因的数量。b条将这两个基因列表与LISA进行比较,以搜索可能参与其调控的TF。散点图显示了TF与每个基因列表的统计显著性。c(c)HOMER搜索两个列表中基因启动子中的TF结合基序。维恩图显示了统计显著性(FDR < 0.05)每次比较发现的结合位点。STRING相互作用网络显示了21个TF,它们在p27KO细胞中与增殖-分化转变相关的基因的启动子处具有结合位点。d日WT培养物2和2时ASCL1(红色)、OLIG2(绿色)和SOX2(白色)的免疫细胞化学 + 1DIV(左)和培养物中三阳性细胞百分比的量化(右)。e(电子)p27(红色)与ASCL1、OLIG2或SOX2(绿色)结合的免疫细胞化学 + 1DIV NPC。(f)2中ASCL1(红色)、OLIG2(绿色)和SOX2(白色)的免疫细胞化学 + 1DIV WT和27KO NPC(顶部面板)。量化显示p27缺陷导致的每个TF的表达分布。彩色数字是每个基因型的中位数强度(底部面板)。用空载体(EV)转染的WT培养物和过度表达全长p27构建物(p27-Flag)的p27KO培养物中p27(红色)的免疫染色(2 + 1 DIV)(顶板)。ASCL1百分比的量化+奥利2+SOX2标准+单元格位于2 + 1在用空载体(EV)或用全长p27构建体转染的WT和p27KO培养物中表达。独立生物样本的数量在图表中用点表示。图表示平均值,所有误差条显示s.e.m.精确第页值显示在图表和图例中*第页 < 0.05; **第页 < 0.01; ***第页 < 0.001. 比例尺:30µm(插入d日:15微米)
图4
图4
p27对Sox2、Ascl1和Olig2基因的直接和间接调节。的示意图Sox2系统Ascl1公司奥利格2p27ChIP协议中使用的基因和扩增子。TSS公司转录起始位点。星:推测E2F4结合位点。倒三角形:假定ETS1结合位点(左侧面板)。分化型抗p27 ChIP检测(DIFF,2 + 1 DIV)相对于增殖(PRO,球体)条件。绑定到Sox2系统启动子和增强子区域以及Ascl1公司奥利格2近端启动子表示为标准化为非相关抗体(NRA)的富集比率(右表)。b条在WT、p27KO培养物和转染全长p27构建物的p27KO细胞的PRO和DIFF条件下进行荧光素酶报告子分析。转录活性在增殖过程中表现为相对于WT的任意单位。c(c)显示SOX2中ASCL1和OLIG2水平的频率直方图低的和SOX2高的分化2 DIV的种群。彩色数字是每个人口的中位数强度。d日的示意图Ascl1公司奥利格2SOX2-ChIP协议中使用的基因和扩增子。星形:SOX家族的假定结合位点(SRY框bs)(左图)。增殖过程中的抗SOX2 ChIP检测。结合表现为相对于非相关抗体(NRA)的折叠富集(右侧面板)。e(电子)免疫细胞化学显示在2 DIV的SOX2过表达后SOX2表达(白色)(左图)。显示30%最亮细胞(SOX2)中SOX2水平的直方图高的)WT和过度表达(Sox2系统运行经验)培养物为2 DIV。彩色数字表示中等强度(右侧面板)。(f)ASCL1的百分比+OLIG2公司+SOX2中的单元格高的WT分化2DIV期间的种群(Sox2系统+/+−高)和SOX2过度表达培养物(Sox2系统OE−高).Ki67百分比的代表性图像和量化+SOX2过度表达后2 DIV的祖细胞(第页价值 = 0.1552).小时免疫细胞化学显示在p27KO培养物中SOX2的表达(白色)(左侧)和相应的定量(右侧)Sox2系统下调第页核糖核酸Sox2系统在2 + 1 DIV。彩色数字表示中等强度(第页价值 = 0.0604).ASCL1的代表性图像(左)和量化(右)+OLIG2公司+人口为2 + 1 DIV转染后第页核糖核酸Sox2系统p27缺乏细胞。空白载体(Ø)用作阴性对照。数据表示为相对于WT的折叠变化。图形表示平均值,所有误差条显示s.e.m。独立生物样本的数量在图形中以点表示。完全正确第页值显示在图表和图例中*第页 < 0.05; **第页 < 0.01***第页 < 0.001. 比例尺:30µm
图5
图5
p27决定了成年SEZ中NPC持续神经发生和少突胶质细胞发生的比率。免疫组织化学显示GFAP中p27(红色)的表达+(绿色)/SOX2+(青色)NSC,ASCL1+(绿色)NPC和DCX+WT小鼠经济特区中的(绿色)NB。b条p27KO小鼠SEZ中p27(红色)的免疫组织化学。c(c)显示Lin GLAST和CD9染色的典型FACS图CD24型−/低分数。NSC由CD9识别高的GLAST中的水平+细胞,而林CD24型−/低玻璃区域包含EGFR+NPC(左上面板)。NSC总数(第页价值 = 0.2400)和NPC(第页价值 = 0.0046)通过FACS在SEZ分析p27KO相对于WT小鼠的折叠变化(左下面板)(NSCs:n.s。,第页价值 = 0.5585; NPC:第页价值 = 0.0432). 虚线表示由于一般增生而观察到的p27KO细胞数量的增加(右侧面板)。d日WT和p27KO小鼠SEZ内BrdU(红色)的免疫组织化学。安乐死前12小时内纳入BrdU的细胞百分比(BrdU+-12小时)。e(电子)免疫组织化学显示嗅球(OB)肾小球层中的BrdU-LRC(红色)染色,以及胼胝体WT和p27KO小鼠的(CC)。箭头表示双阳性单元格(左侧面板)。野生型和p27缺陷小鼠OB和CC中BrdU-LRC细胞数量的量化(右侧面板)。(f)OLIG2的百分比+WT和p27KO成人大脑CC中的少突胶质细胞。PSA-NCAM数量的量化+OLIG2公司+WT和p27KO小鼠CC中每帧细胞数。小时免疫组织化学显示SOX2(红色和白色)在WT和p27缺陷小鼠的SEZ中的表达(左面板)。显示SOX2强度量化的直方图。彩色数字是每个人口的中位数强度(右侧面板)。WT和p27缺陷小鼠SEZ中表达高水平SOX2的细胞百分比。DAPI用于复染细胞核。低压侧脑室。图中表示平均值,所有误差条显示标准误差。图中独立生物样本的数量以点表示。完全正确第页值显示在图表和图例中*第页 < 0.05; **第页 < 0.01; ***第页 < 0.001. 比例尺:b条小时,20µm(插入10µm);d日e(电子),30微米
图6
图6
p27依赖的SOX2水平调节成年神经发生和少突胶质细胞发生中细胞周期的适时退出。WT和p27KO小鼠SEZ中ASCL1(红色)、OLIG2(绿色)和SOX2(白色)的代表性免疫组织化学图像。三阳性细胞如图所示(左)。ASCL1中SOX2表达强度的量化+奥利2+WT和p27KO小鼠SEZ中的细胞(右)。b条WT和p27KO小鼠SEZ中ASCL1(红色)和OLIG2(绿色)的代表性免疫组织化学图像。箭头表示双阳性细胞。c(c)ASCL1的百分比+OLIG2公司+成年WT和p27KO小鼠SEZ中的细胞。d日增殖细胞百分比(BrdU-1h+)在ASCL1中+OLIG2公司+p27缺乏导致的人群。(e)免疫组织化学显示ASCL1(红色)、DCX(绿色)和SOX2(青色)在WT和p27KO小鼠的SEZ中的表达。箭头表示三阳性细胞。(f)DCX百分比的量化+WT和p27KO小鼠SEZ中SOX2或ASCL1阳性的NB。DCX百分比+成人经济特区产生的国家统计局。小时增殖细胞百分比(BrdU-1h+)在DCX中+p27突变群体。WT、p27KO成年SEZ中Ki67(红色)的免疫组织化学研究(Cdkn1b型−/−;Sox2系统+/+)p27缺乏,Sox2系统杂合的(Cdkn1b型−/−;Sox2系统+/负极)鼠标(左侧面板)。Ki67的百分比+单元格(第页价值 = 0.0004(单向方差分析)(右侧面板)。j个CC中EdU-LRC单元的数量Cdkn1b型+/+;Sox2系统+/+Cdkn1b型−/−;Sox2系统+/+Cdkn1b型−/−;Sox2系统+/−老鼠(第页价值 = 0.002(单向方差分析)。k个DCX百分比+经济特区的细胞Cdkn1b型+/+;Sox2系统+/+Cdkn1b型−/−;索氏2型+/+Cdkn1b型−/−;Sox2系统+/−老鼠(第页价值 = 单向方差分析为0.020)。到达OB肾小球层的BrdU-LRC(红色)数量的免疫组织化学和定量Cdkn1b型+/+;Sox2系统+/+Cdkn1b型−/−;Sox2系统+/+Cdkn1b型−/−;Sox2系统+/−老鼠(第页价值 = 0.005(单向方差分析)DAPI用于对细胞核进行反染色。低压侧脑室。图中表示平均值,所有误差条显示标准误差。图中独立生物样本的数量以点表示。完全正确第页值显示在图表和图例中*第页 < 0.05; **第页 < 0.01; ***第页 < 0.001. 比例尺:e(电子)20µm(插入件10µm);30微米

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