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.2017年6月；24(6):1121-1131.
doi:10.1038/cdd.2017.62。 Epub 2017年5月5日。

核小体排出和H3K9ac沉积增强了人类神经外胚层结合过程中Sox2的结合

杜燕华 1 2, 刘振平 2, 曹新凯 2, 陈晓龙 2, 陈振宇 三, 张小白 2, 张晓庆 1 三, 姜慈忠 1 2
附属公司

核小体驱逐和H3K9ac沉积增强了人类神经外胚层承诺期间的Sox2结合

杜燕华等。 细胞死亡差异. 2017年6月.

摘要

神经外胚层是一种重要的神经前体。然而，染色质重塑及其在人类神经外胚层细胞（hNECs）与人类胚胎干细胞（hESCs）分化过程中的表观遗传调控作用在很大程度上仍未被探索。在这里，我们通过hESCs的定向分化获得了hNECs，并确定了这两种细胞类型的染色质状态。分化后，H2A。Z介导的核小体缺失导致启动子中的开放染色质结构，并上调神经外胚层基因的表达。启动子中H3K9ac信号的增加和H3K27me3信号的减少导致染色质活性状态并激活神经外胚层基因。相反，启动子中H3K9ac信号的减少和H3K27me3信号的增加抑制了多能性基因。此外，H3K9ac信号促进多能性因子Sox2与hNECs特有的靶位点结合。乙酰转移酶Kat2b的敲除会擦除H3K9ac信号，破坏Sox2结合，导致分化失败。我们的结果表明，在hNECs和hESCs通过染色质重塑分化的过程中，基因表达的表观遗传调控具有层次性。

PubMed免责声明

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数字

图1
图1
沿着hESCs分化为hNECs的表达谱。(一)显微图像显示hESCs和hNECs之间的细胞形态变化。右侧面板是用红色方框标记的hNEC菌落的放大图。箭头表示分化的hNEC以玫瑰花状排列。比例尺，100 μ米(b条)免疫荧光染色显示TFs Nanog、Oct4、Sox2和Pax6分别在hESCs和hNECs中表达。(c（c）)GSEA结果：hESC特异性基因在hNECs中下调，而神经发生基因上调
图2
图2
分化过程中的核小体重塑。(一)hNEC的核小体模糊性显著降低。(P（P）-值=2.2e−16，学生的t吨-测试）。(b条)TSS周围的复合核小体分布。(c（c）)一组基因TSS周围hNEC中NDR的形成。代表性神经外胚层基因列在中间，其表达变化折叠显示在右侧。箭头表示hNEC上调。(d日)ChIP-qPCR证实所选神经外胚层基因NDR中核小体占有率降低。误差条代表SEM(*P（P）<0.05, **P（P）<0.01，学生的t吨-测试）。(电子)GSEA表明神经系统发育基因在c（c）其启动子中含有NDR，hNEC中上调。(（f）)hNEC中排出的核小体富含H2A。Z核小体。(克)NDR位于多能性基因的TSS周围，这些基因在hNEC中的表达水平大大降低。(小时)hESCs和hNECs中维持的多能性TF Nanog的TSS周围NDR的轨迹图。绿色方框表示NDR
图3
图3
在启动子区域建立允许的染色质状态。(一)由hESCs中组蛋白修饰标记定义的各类启动子转变为hNEC中其他类别的统计摘要。(b条)分化为hNECs后hESCs中H3K4me3/H3K9ac基因表达水平的变化。抑制性H3K27me3的增加与表达减少有关。(c（c）)分化后NDR形成启动子中核心组蛋白修饰信号的折叠变化。(d日)分化后启动子中NDR形成基因中H3K36me3信号和RNA Pol II结合增加
图4
图4
H3K9ac和H3K27me3动力学精确调节基因活性。(一)按表达顺序排列的三类基因启动子中核心组蛋白修饰信号的变化在每个类别中都会发生变化。(b条)每类代表基因中核心组蛋白修饰信号的轨迹图（Oct4：多能性，Hand1：其他谱系，Six3：神经外胚层）。(c（c）)四种组蛋白修饰的受体操作特征（ROC）曲线作为hNEC基因活性的预测因子。(d日)染色质重塑区（CRRs）在不同基因组区域的富集。发起人中CRR的富集程度等于发起人中由发起人长度归一化的CRR数量。CRR在基因体和基因间区域的富集度计算方法相同。(电子)神经外胚层TF Lhx2启动子中代表性CRR（用黑线标记）的轨迹图。(（f）)通过从头开始富集分析。每个图案都显示了相应的E值。最后一列列出了与类似图案相关的TF。神经外胚层TF为红色
图5
图5
Kat2b乙酰化Sox2和Pax6的靶位点以进行结合。(一)Sox2与hESCs和hNECs中的不同位点结合（热图）。神经外胚层TF Six6和多能性TF Oct4启动子中Sox2结合信号的轨迹图。(b条)hESC-和hNEC特异性Sox2-结合峰序列中辅因子基序的富集。(c（c）)hNEC特异性Sox结合位点附近核心组蛋白修饰信号的折叠变化。(d日)Sox2入住率的折变（±2） CRR中心的kb区域。(电子)Kat2b基因敲除降低H3K9ac水平以及Sox2和Pax6的结合。左：野生型细胞中三种神经外胚层TF（Nrip1、Lhx2、Pax6）的增强子或启动子中跨越Sox2或Pax6结合峰的区域中H3K9ac信号的轨迹图。右：qPCR验证H3K9ac信号显著降低，Sox2和Pax6在其结合位点的占有率在Kat2b击倒后由hNECs左侧面板中的虚线框指示。误差条代表SEM(*P（P）<0.05, **P（P）<0.01，学生的t吨-测试）
图6
图6
Kat2b表观遗传学如何在分化时激活神经外胚层基因的模型。在人胚胎干细胞中，核小体定位总体上是模糊的。核小体密集地堆积在启动子中，启动子处于抑制染色质状态，具有普遍的H3K27me3标记。分化后，核小体定位成为阶段性的。H3K27me3信号大大减少。同时，Kat2b沉积H3K9ac信号，增强Sox2结合。H2A。Z介导的核小体驱逐为转录机器组装创造了开放的染色质结构。因此，神经外胚层基因被激活以实现神经外胚叶的承诺
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