​Nat Commun丨裴端卿/刘晶团队发现调控多能性细胞-体细胞转变的新机制——相分离

多能性状态的退出或多能性细胞-体细胞转变是哺乳动物胚胎发育过程的重要事件，也是细胞命运决定研究的热点领域。越来越多的证据表明多能性细胞向体细胞状态的转变（Pluripotent-Somatic Transition, PST）受发育程序的精细调控，而非被动随机过程，其背后的理化及分子作用机制尚存在大量未知。

2021年7月2日，西湖大学裴端卿课题组和广州健康院刘晶课题组合作，在Nature Communications杂志上发表了题为SS18 regulates pluripotent-somatic transition through phase separation的研究论文。该研究首次报道了染色质重塑复合物BAFs（Brg/Brahma-associated factors）的亚基SS18 通过相分离机制微调BAFs复合物的装配平衡，进而调控多能性细胞-体细胞转变的分子机制。

团队早期发现原癌基因cJUN 可快速诱导多能性状态的退出（Jing Liu et al, Nature Cell Biology, 2015），基于此研究人员构建了可诱导多能性细胞-体细胞转变细胞模型。进一步，通过CRISPR/Cas9的全基因组基因敲除遗传学筛选技术确认了一系列候选基因，最终发现BAFs复合物的成员SS18的失活会在转录组、克隆形态及克隆形成能力等方面显著延迟PST转变进程。上述表型也在其它多能性退出体系如拟胚体分化等过程中得到验证，表明SS18调控PST过程具有普遍性。

荧光显微镜下，SS18蛋白在PST过程中展现出明显的“颗粒”现象引起科研人员的强烈兴趣。深入研究发现，SS18蛋白在体内可以发生液-液相分离（Liquid-liquid Phase Separation, LLPS），表现在1、SS18蛋白可以在细胞核内通过分子间弱相互作用形成微米级凝聚体；2、凝聚体内部以及凝聚体内和凝聚体外物质可以进行交换；3、凝聚体可以发生融合和分裂行为，且融合分裂时间与凝聚体大小成正比。通过对SS18蛋白进行结构改造，科研人员发现SS18的液-液相分离能力依赖于位于其羧基端的内在无序区（Intrinsically Disordered Region, IDR），其中高度富集的酪氨酸发挥着核心作用，酪氨酸的突变会导致SS18蛋白无法形成凝聚体，同时也使得SS18失去调控多能性退出的能力。此外，SS18的IDR可被来自于其他蛋白的富含酪氨酸IDR（如FUS和TAF15）及多聚酪氨酸多肽所替代，而非酪氨酸富集的IDR（如BRD4及MED1）则不能进行功能替代。

进一步，科研人员对SS18的相分离行为是如何调控PST的具体机制进行了深入的研究。SS18蛋白是染色质重塑复合物BAFs的稳定亚基。在胚胎干细胞中，BAFs主要分为三种亚型：经典BAF（canonical BAF， cBAF）、非经典BAF（non canonical BAF，ncBAF）以及PBAF（Polybromo-associated BAF）。它们含有一些共有成分如SMARCD1以及BCL7A/B/C等，也分别含有其相对应的特异性亚基。科研人员发现，SS18蛋白凝聚体可以富集cBAF特异性亚基而排斥PBAF特异性亚基，从而起到促进或抑制相应BAF亚型装配的功能，而不同亚型的BAFs在多能性细胞-体细胞转变中的功能却不尽相同。SS18蛋白的缺失会打破BAFs各亚型之间装配的平衡，并最终影响多能性细胞-体细胞转变进程。

该研究首先通过CRISPR/Cas9全基因组筛选发现了SS18在调控多能性细胞-体细胞转变过程中的重要作用，进一步发现SS18通过相变机制调控染色质重塑复合物装配过程进而调控多能性细胞-体细胞的命运转变的分子机制，拓展了细胞命运转变在不同层级上进行调控的分子模型，对深入研究BAFs复合物及相变在胚胎发育、细胞命运转变以及肿瘤发生发展中的作用具有借鉴意义。

西湖大学裴端卿研究员和广州健康院刘晶研究员为该论文的通讯作者。广州健康院博士研究生匡俊企和硕士翟梓蔚为该论文的共同第一作者。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-24373-5