2014年9月15日，同济大学生命科学与技术学院高绍荣教授课题组在 《STEM CELLS》杂志在线发表题为“Xist Repression Shows Time-Dependent Effects on the Reprogramming of Female Somatic Cells to Induced Pluripotent Stem Cells”的文章。文章研究了在雌性小鼠体细胞重编程为诱导多能性干细胞过程中不同时间点抑制Xist表达所产生的效果，首次发现在诱导重编程过程的前期Xist沉默会阻碍间充质细胞向上皮细胞转换的过程，然而，在重编程的后期Xist沉默会极大地促进雌性前体诱导多能性干细胞向诱导多能性干细胞转换。文章还研究了X染色体重新激活过程中macroH2A和H3K27me3等表观遗传因子的变化，并提出了一个X染色体重新激活过程中不可逆性X染色体沉默先转变为可逆性沉默再重新激活的新模型。


        在雌性小鼠胚胎发育和胚胎干细胞分化过程中，X染色体失活是使雌性和雄性的X染色体差异得到剂量补偿的重要过程。在雌性体细胞重编程为诱导多能性干细胞的过程中，沉默的X染色体会被重新激活。对体细胞核移植的研究表明，抑制Xist的表达可以极大地促进雌性体细胞核移植中克隆胚胎的产生效率。然而，目前的研究对于抑制Xist的表达是否同样可以极大地促进雌性诱导多能性干细胞的产生还没有明确的阐释。


        在此项研究工作中，研究人员在重编程产生诱导多能性干细胞的过程中采用了由强力霉素调控Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc表达的真核基因表达系统，组成型表达shRNA的pSicoR系统和用IPTG调控shRNA表达的pLKO系统，以便在重编程的不同时间点观察Xist被抑制后产生的效果。他们发现在重编程过程的前期抑制Xist的表达会阻碍间充质细胞向上皮细胞转换的过程，然而，在重编程过程的后期抑制Xist的表达会极大地促进雌性前体诱导多能性干细胞向诱导多能性干细胞的转换。此外，研究人员进一步提出了一个关于X染色体激活过程的模型。雌性体细胞和前体诱导多能性干细胞中X染色体上结合有macroH2A，处于不可逆性沉默的状态。染色体重新激活后通常会有macroH2A之类的表观遗传记忆的残留，抑制Xist表达可以促使X染色体转变为没有macroH2AX结合的可逆性沉默状态，从而促进雌性前体诱导多能性干细胞转变成诱导多能性干细胞。同时，维生素C可以防止macroH2A重新与可逆性沉默的X染色体结合，减少表观遗传记忆的残留，并进一步减少H3K27me3的富集。


        总之，这项研究揭示了在雌性体细胞重编程为诱导多能性干细胞过程的前期和后期分别抑制Xist表达会产生相反的作用，并且阐述了X染色体重新激活过程中的表观遗传变化。这些发现为进一步提高雌性体细胞重编程效率和阐明X染色体重新激活的机制提供了坚实的实验证据。


        高绍荣博士为本文的通讯作者；高绍荣实验室的博士生陈琪为本文第一作者，参与该工作的还有高帅、何文腾、寇晓晨、赵艳红和王红。该研究得到科技部和国家自然科学基金委的资助。