来源：丁香学术
导读
诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSC）重编程的过程涉及几个关键事件，包括间质上皮转化（mesenchymal–epithelial transition，MET）、多能基因激活、代谢重编程和表观遗传重塑。尽管这些事件错综复杂地相互作用并相互影响，但调节重编程网络的具体因素尚不清楚。2019 年《Nature》发表文章证明了组蛋白乳酸化修饰连接了代谢-转录-表观，能够在染色体水平上调控基因表达、影响细胞命运。
2024 年 3 月 15 日哈尔滨医科大学基础医学院组雷蕾、吴嫣爽联合广州实验室吴光明课题组在 Nucleic Acids Research 期刊上在线发表了题为 Dux activates metabolism-lactylation-MET network during early iPSC reprogramming with Brg1 as the histone lactylation reader 的研究论文。在这项研究中证明了 iPSC 重编程过程中 Dux-H3K18la-MET 调控网络，并且鉴定了 Brg1 为 H3K18la 修饰的表观「阅读器」。该研究有助于进一步理解完善组蛋白乳酸化修饰调控生物学过程的作用机制。
图源：Nucleic Acids Research
双同源结构域蛋白（Double homeobox，Dux）是一种已知在胚胎干细胞（Embryonic stem cell，ESC）向 2C 样胚胎干细胞（2-cell like cells，2CLC）过渡过程中促进全能性的因子，Dux 能够通过募集 P300 提高 H3K27ac 进而提高体细胞核移植 ( SCNT ) 重编程效率。
表观遗传调控包括多种重要机制，其中组蛋白翻译后修饰 ( PTM ) 具有重要意义。具体来说，组蛋白乙酰化修饰被广泛研究，被认为通过抵消赖氨酸侧链上的正电荷或招募特定的阅读器蛋白来促进转录。代谢物具有影响组蛋白翻译后修饰程度的能力。多篇文章证实，H3K18la 能够受到代谢产物的调控，并且 p300 被鉴定其为乳酰基转移酶（Writer）、HDACs 被鉴定为去乳酰基转移酶（Eraser）。然而，对于乳酸化修饰「阅读器」（Reader）的鉴定仍未见报道。
基于此，研究人员发现 Dux 通过上调 H3K18la 水平提高 iPSC 重编程效率。该研究在重编程的初始阶段通过 H3K18la 建立了 OGS、组蛋白乳酸化和 MET 之间的联系，突出了 H3K18la 在成功重编程中的关键作用。随后，Brg1 与 H3K18la 相互作用，富集在 MET 相关基因的启动子上，充当乳酸化的阅读器，以促进重编程过程。
在这项研究中，作者首先证明 Dux 对调控 iPSC 重编程效率的关键时间点及结构域。首先利用 Dux 在重编程早期短暂过表达方式，找到 Dux 促进 iPSC 重编程的关键时间点；在 Dux 显著促进 iPSC 重编程的时间点 Day2-Day4 进行 RNA-seq 分析，找到差异基因富集在代谢通路上。利用 SeaHorse、乳酸探针、LDH 含量测定等方式证明 Dux 过表达提高细胞外酸化率，提高细胞糖酵解代谢水平。利用 Dux 结构域突变证明 Dux 的 C 末端结构域对提高 H3K18la 修饰必不可缺。CUT&Tag 分析证明随着重编程进展 H3K18la 修饰水平逐渐提高。
图源：Nucleic Acids Research
接下来作者证明了 Dux-H3K18la-MET 调控网络。利用 Dux 联合调控代谢的小分子药物组合方式，探究调控 H3K18la 对细胞重编程效率的影响，发现重编程早期调控 H3K18la 水平影响重编程效率，并且 CUT&Tag 及 ChIP-qPCR 指示出 H3K18la 在多能基因启动子及上皮相关基因启动子处存在富集，并且随着重编程进展富集程度逐渐累积。
图源：Nucleic Acids Research
最后作者鉴定 Brg1 为 H3K18la 的阅读器蛋白，并且验证了 Brg1 的功能。利用 IP 联合质谱，结合分子对接，验证了在诱导多能干细胞中特异性与 H3K18la 结合的 BAF 家族成员 Brg1，并且 Brg1 在体细胞中不能与 H3K18la 结合。利用 CRISPR/Cas9 进行功能缺失验证，Brg1 通过调控细胞 MET 水平进而影响重编程效率。ChIP-qPCR 也指示出 Brg1 在多能基因和 MET 基因启动子处的显著富集。指示出 Brg1 作为 H3K18la 的阅读蛋白对重编程的调控作用。
图源：Nucleic Acids Research
哈尔滨医科大学雷蕾、吴嫣爽与广州国家实验室吴光明为本文的共同通讯作者，哈尔滨医科大学胡兴琳和黄星卫为论文的共同第一作者。
原文链接：
https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkae183/7632933?searchresult = 1
图片来源：图虫创意
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参考文献：
【1】Hu X, Huang X, Yang Y, Sun Y, Zhao Y, Zhang Z, Qiu D, Wu Y, Wu G, Lei L. Dux activates metabolism-lactylation-MET network during early iPSC reprogramming with Brg1 as the histone lactylation reader. Nucleic Acids Research, 2024,
【2】Huang X, Hu X, Jiang Q, Cao Q, Wu Y, Lei L. Functional study of distinct domains of Dux in improving mouse SCNT embryonic development dagger. Biol Reprod, 2021
【3】Zhang D, Tang Z, Huang H, Zhou G, Cui C, Weng Y, Liu W, Kim S, Lee S, Perez-Neut M, Ding J, Czyz D, Hu R, Ye Z, He M, Zheng YG, Shuman HA, Dai L, Ren B, Roeder RG, Becker L, Zhao Y.Metabolic regulation of gene expression by histone lactylation. Nature, 2019