SCI 干细胞国际 1687 - 9678 1687 - 966 x Hindawi 10.1155 / 2021/6663960 6663960 研究文章 Nsd2压制内源性逆转录病毒MERVL胚胎干细胞 https://orcid.org/0000 - 0001 - 6753 - 1058 婷婷 https://orcid.org/0000 - 0002 - 0538 - 2648 https://orcid.org/0000 - 0002 - 0979 - 6645 署名为 https://orcid.org/0000 - 0002 - 7429 - 6786 https://orcid.org/0000 - 0002 - 8732 - 7334 https://orcid.org/0000 - 0002 - 3885 - 3960 欣怡 分析师Wensheng 药物化学生物学国家重点实验室 药学院 南开大学 天津300350 中国 nankai.edu.cn 2021年 18 1 2021年 2021年 28 10 2020年 31日 12 2020年 5 1 2021年 18 1 2021年 2021年 版权©2021婷婷高et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

促进染色质转录(事实)复杂是一个组蛋白H2A、H2B伴侣蛋白,而压制内源性逆转录病毒(erv)和转录ERV-chimeric记录。它结合转录起始站点和基因的身体区域。在这里,我们调查了下游目标实际上复杂的MERVL识别潜在的监管机构,这是一个关键的有标记基因。H3K36me2概要Ssrp1呈正相关,事实的组件。在H3K36me2沉积酶, Nsd2是表达下调后的损失 Ssrp1。此外,我们表明,Nsd2压抑erv的表达而不影响多能性基因的表达。MERVL和有基因的表达部分获救 Nsd2超表达。的浓缩H3K36me2 ESCs MERVL-chimeric基因上没有下降 Ssrp1。我们的研究发现Nsd2 MERVL的抑制因子,和事实部分压制MERVL表达式通过调节的表达 Nsd2及其下游H3K36me2。

中央大学基础研究基金 63161150 63151113 中国国家自然科学基金 31871488 31671352 32070858 中国国家重点研究和发展项目 2018年yfa0107000
1。介绍

内源性逆转录病毒是哺乳动物基因组的重要组成部分 1]。他们通常被宿主细胞维持基因组的稳定性。然而,研究还表明,erv功能在开发期间和在小鼠胚胎干细胞(ESCs) [ 2- - - - - - 7]。例如,MERVL标志着都有(2 c)胚胎和ESC人口中少数2 c细胞( 8, 9]。MERVL可以通过各种表观遗传沉默监管机构,如组蛋白H3变体,H3K9甲基转移酶,和组蛋白陪伴 10- - - - - - 15]。最近,我们发现H2A、H2B组蛋白伴侣的事实(促进染色质转录)复杂参与ESCs的镇压MERVL和MERVL-derived神秘成绩单( 16]。事实功能部分通过Usp7去除H2Bub MERVL和MERVL-fused基因( 16]。然而,的影响 Usp7损耗在MERVL感应是弱于复杂事实本身的损失 16]。这意味着还有其他方法存在事实复杂镇压MERVL及其嵌合成绩单的表达。因此,在这项研究中,我们的目标是识别间接通路的下游复杂在压抑MERVL的表达。

我们之前和其他人发现Ssrp1绑定浓缩在基因转录起始站点和身体周围地区( 16, 17]。基因体区域可以被H3K36me3和H3K36me2 18, 19]。一个重要H3K36甲基转移酶家族Nsd家庭。在这里,我们审查的角色Nsd下游实际上复杂的家庭成员压抑ERV表达式。

2。方法 2.1。细胞培养

E14灯头老鼠胚胎干细胞(ESCs)培养板上涂上无菌0.1 - -0.2%明胶(G1890σ)在介质包含杜尔贝科修改鹰的介质(Hyclone), 15%胎牛血清(Hyclone), 10 ng / ml白血病抑制因子(生活)(Z03077 GenScript), 1%青霉素和链霉素(P1400 Solarbio)、谷酰胺(Gibco) 2毫米,0.1毫米不必要的氨基酸(Gibco)和0.1毫米 β巯基乙醇(σ)。ESCs是每两天维修通道。

2.2。ChIP-seq数据的分析

ChIP-seq数据分析,阅读都是第一次处理Cutadapt削减适配器序列和低质量的读取和随后映射到鼠标使用Bowtie2 mm10基因组组装。Ssrp1之间的相关系数,H3K4me3 H3K36me2,并从Deeptools H3K36me3由plotCorrelation决定。ChIP-seq信号从Deeptools浓缩bamCompare获得的文件,和芯片信号行情节也由Deeptools生成。从Gencode推断基因结构信息。vM21注释文件。

2.3。逆转录和qPCR

从细胞总RNA分离RNAiso试剂(DEPC B9109、豆类)水(B501005 Sangon生物技术)在RNase-free管DNase我治疗后(401001年,巢生物技术)。反转录与1执行 μ使用Transcriptor g纯化RNA合成第一链cDNA工具包(4897030001,罗氏公司)如前所述 20.]。qPCR分析使用SYBR绿色qPCR大师(H97410 Yeasen)和混合qPCR检测系统(CFX384实时系统,Bio-Rad)根据标准协议。引物合成Sangon生物技术和包括在表中 1

qPCR分析引物。

基因 向前 反向
Nsd1 TCCGGTGAATTTAGATGCCTCC CGGTAACTGCATAGTACACCCAT
Nsd2 GGTGATCCTGGCACAGACAA GAGCAGAGCCTGTGGACTTT
Nsd3 CCGAGGTTGTGCCAAAGAAG ACGGAGCTGTCACTGAATCTG
MERVL AAGAGCCAAGACCTGCTGAG TCCTCGTTTCTGCAACTGGT
LINE1 GGACCAGAAAAGAAATTCCTCCCG CTCTTCTGGCTTTCATAGTCTCTGG
SINEB1 GTGGCGCACGCCTTTAATC GACAGGGTTTCTCTGTGTAG
Oct4 GTGGAAAGCAACTCAGAGG GGTTCCACCTTCTCCAACT
Sox2 GCGGAGTGGAAACTTTTGTCC CGGGAAGCGTGTACTTATCCTT
Nanog TTGCTTACAAGGGTCTGCTACT ACTGGTAGAAGAATCAGGGCT
Zscan4 GAGATTCATGGAGAGTCTGACTGATGAGTG GCTGTTGTTTCAAAAGCTTGATGACTTC
成绩最优的学生 CCCAGCGACTCAAACTCCTTC GGACTTCGTCCAGCAGTTGAT
芯片控制 GATTAGCAGCTCCACAGGA TGGACAATGTGGCCTGTTTA
Zfp809 芯片 AAGCTGGCTGACTGTAGTGG GTGAGCCTTCCAATTCCGGA
Foxa2 CCCTACGCCAACATGAACTCG GTTCTGCCGGTAGAAAGGGA
Sox17 GATGCGGGATACGCCAGTG CCACCACCTCGCCTTTCAC
Gata4 CCCTACCCAGCCTACATGG ACATATCGAGATTGGGGTGTCT
Nkx2.5 GACAAAGCCGAGACGGATGG CTGTCGCTTGCACTTGTAGC
Msx1 TGCTGCTATGACTTCTTTGCC GCTTCCTGTGATCGGCCAT
Pax6 TACCAGTGTCTACCAGCCAAT TGCACGAGTATGAGGAGGTCT
Foxd3 GAGTTCATCAGCAACCGTTTTC CGAAGCTCTGCATCATCAGC
Gata3 CTCGGCCATTCGTACATGGAA GGATACCTCTGCACCGTAGC
2.4。shRNA-Mediated基因损耗

shrna目标 Nsd2设计一个在线工具( http://sirna.wi.mit.edu/)[ 21]。目标序列的shrna CCTGGTGCTCATGATACTAAA shRNA1和GAGCTGACTTTCAACTATAA shRNA2。的成分被克隆到pSuper-puro GENEWIZ公司和合成。1 μg质粒转染到鼠标的ESCs Polyjet (SignaGen)。细胞进一步培养三天在嘌呤霉素选择(1 μg / ml)和RNA提取的收获。

2.5。染色质免疫沉淀反应耦合qPCR(芯片)

ChIP-qPCR像之前描述的那样执行( 16]。ESCs短暂,收获和交联1%甲醛、和细胞固定停止添加甘氨酸。细胞主要是细胞溶解,染色质提取收集和用获得可溶性染色质片段。染色质的样本孵化与特定的抗体和免疫沉淀反应蛋白G磁珠(GenScript,美国)。DNA免疫沉淀反应下筛选了,qPCR decrosslinked,和分析。免疫沉淀反应的抗体使用anti-H3K36me2 (ab9049 Abcam)。

2.6。建立ESC细胞系Overexpressing Nsd2

鼠标 Nsd2编码区被克隆到pCAG-3HA向量和潮霉素抗性和净化设备(1211 - 01,Biomiga)。 Ssrp1- / -ESCs转染有1 μg质粒表达 Nsd2通过Polyjet试剂(SL100688 SignaGen)按照制造商的推荐方案。与800年的ESCs是不断选择 μg / ml潮霉素B为14天。ESCs选择性细胞培养后,收集下游实验。

3所示。结果 3.1。复杂的绑定与H3K36甲基化相关

以前,我们发现事实复杂互动与启动子和基因体区域,由H3K36me2/3标记。有趣的是,基因分布剖面H3K36me2和H3K36me3呈正相关,Ssrp1(图 1(一)),相比之下的低相关性强度的Ssrp1 H3K4me3(图 1(一))。此外,这是值得注意的,H3K36me3浓缩在基因体从转录开始不断增加网站(TSS)转录终止网站(te)而H3K36me2优先与TSS地区和逐渐衰变TSS te(图 1 (b))。的分布剖面H3K36me2更类似于事实上比H3K36me3(复杂的数字 1(一) 1 (b))。因此,我们进一步研究了Nsd家族基因的表达( Nsd1, Nsd2, Nsd3),这是已知的调解H3K36甲基化。 Nsd1表达最高的ESCs的表情吗 Nsd2 Nsd3较低(图 1 (c))。的表达 Nsd1 Nsd3保持不变或略有调节ESCs没有复杂(图 1 (d))。然而, Nsd2表达式中表达下调 Ssrp1- / -ESCs(图 1 (d)),这意味着 Nsd2作为一个潜在的下游靶基因复杂的事实。

Nsd2-mediated H3K36me2与Ssrp1绑定。(a)基因的分布剖面H3K36me2, H3K36me3 H3K4me3, Ssrp1。皮尔森相关的颜色规模代表了力量。(b) ChIP-seq信号密度Ssrp1浓缩,H3K4me3 H3K36me2, H3K36me3 (<在line-formula> Y 设在)基因的身体从TSS te (<在line-formula> X 设在)。H3K36me3浓缩从TSS增加到测试工程师。(c)相对mRNA的表达 Nsd1, Nsd2, Nsd3ESCs根据qPCR。(d) qPCR分析 Nsd1, Nsd2, Nsd3在WT ESC和表达水平 Ssrp1- / -ESC;数据显示为<在line-formula> 的意思是 ± 年代 e ;<在line-formula> n = 3 生理上独立的重复。ns:无意义的;<在line-formula> p < 0.05 ;<在line-formula> p < 0.01

3.2。在的ESCs Nsd2压制MERVL

同意密切的相似之处的形象和H3K36me2 Ssrp1绑定,主要Nsd2 chromatin-regulatory活动是调节组蛋白H3的dimethylation赖氨酸36 (H3K36me2) [ 19]。因此,我们耗尽 Nsd2与两个独立的ESCs shrna检查Nsd2能否调节erv的表达(图 2(一个))。的损耗 Nsd2并不影响ESCs的细胞形态(图 2 (b))。而且,多能性基因的表达( Oct4, Sox2, Nanog)没有被两个 Nsd2同时shrna(图 2 (c))。的抑制 Nsd2由两个独立的shrna没有扰乱内胚层分化标记的表达( Foxa2 Sox17)、中胚层( Gata4 Nkx2.5),外胚层( Msx1 Pax6)和滋养外胚层( Foxd3 Gata3)在同一时间(数字 2 (d)- - - - - - 2 (g)),这表明ESCs保持未分化 Nsd2。有趣的是,MERVL被激活的表达~ 2折 Nsd2损耗(图 2 (h)),但其他反转位子活动(LINE1或正弦B1)激活或较低表达下调,下游确认Nsd2行为实际上复杂的镇压ERV表达式。这些结果表明,Nsd2压制MERVL而不影响ESC多能性的表达。

损耗的 Nsd2ESCs。(一)qPCR的相对表达水平的分析 Nsd2 Nsd2损耗的ESCs的正常化 Gapdh。数据被绘制<在line-formula> 的意思是 ± 年代 e ,<在line-formula> n = 3 生物学重复。(b)细胞的形态 Nsd2在的ESCs损耗。酒吧,100 μm。(c) qPCR分析多功能基因( Oct4, Sox2, NanogESCs)与 Nsd2枯竭。(d) qPCR内胚层标记分析 Foxa2 Sox17(d),中胚层标记 Gata4 Nkx2.5(e),外胚层标记 Msx1 Pax6(f)和滋养外胚层标记 Foxd3 Gata3(g)。(h) qPCR MERVL表达水平和其他分析反转位子活动(LINE1、正弦B1)之后 Nsd2在的ESCs损耗。结果被规范化 Gapdh。数据显示为<在line-formula> 的意思是 ± 年代 e ;<在line-formula> n = 3 生理上独立复制;ns:无意义的;<在line-formula> p < 0.05 ;<在line-formula> p < 0.01 ;<在line-formula> p < 0.001

3.3。<斜体> Nsd2 < /斜体>过度救助MERVL表达<斜体> Ssrp1 < /斜体> <一口> - / - ESCs < /一口>

自Nsd2 MERVL表达和压制 Nsd2中表达下调 Ssrp1- / -ESCs,我们接下来是否恢复 Nsd2表达 Ssrp1- / -ESCs可以挽救MERVL的表达。因此,我们建立了一个 Ssrp1- / -ESC与 Nsd2过表达。我们的qPCR结果显示 Nsd2成功在 Ssrp1- / -ESCs(图 3(一个))。此外,过度的 Nsd2可以部分降低MERVL的表达 Ssrp1- / -ESCs(图 3 (b))。此外,有标记基因的表达( Zscan4 成绩最优的学生(图)部分恢复 3 (c))。这些结果表明, Nsd2是一个重要的下游靶基因的压抑erv Ssrp1和有基因。

Nsd2过度救助MERVL和有基因的表达。(一)qPCR分析 Nsd2表达过度后 Nsd2 Ssrp1- / -ESC。结果显示为<在line-formula> 的意思是 ± 年代 e ,<在line-formula> n = 3 生理上独立的复制和规范化 Gapdh。(b) qPCR MERVL经过过度的表达分析 Nsd2 Ssrp1- / -ESC。<在line-formula> 的意思是 ± 年代 e ,<在line-formula> n = 3 。(c) qPCR有标记基因的表达分析 Zscan4 成绩最优的学生超表达后 Nsd2 Ssrp1- / -ESC。控制:控制;OE:过度;<在line-formula> 的意思是 ± 年代 e ,<在line-formula> n = 3 ;<在line-formula> p < 0.01 ;<在line-formula> p < 0.001

3.4。Nsd2-Mediated H3K36me2减少MERVL-Fused基因在<斜体> Ssrp1 < /斜体> <一口> - / - ESCs < /一口>

我们进一步调查的目标是否Nsd2, H3K36me2,影响MERVL-fusion ChIP-qPCR ESCs基因没有事实。我们ChIP-qPCR结果表明H3K36me2丰富等MERVL-fused基因 Zfp809(图 4(一)),但不是在控制区域(图 4 (b))。然而,这种浓缩在ESC没有减少MERVL-fusion基因 Ssrp1表达式(数据 4(一) 4 (b))。在一起,这些表明,降低浓缩H3K36me2 MERVL-fused基因可以解释MERVL-fused基因的激活 Nsd2downregulation在 Ssrp1- / -ESCs。

H3K36me2浓缩MERVL-fused基因。(a, b) ChIP-qPCR H3K36me2浓缩MERVL-fused基因的分析 Zfp809(a)和(b)在WT ESC和控制区域 Ssrp1- / -ESC与规范化 Gapdh和输入;数据显示为<在line-formula> 的意思是 ± 年代 e (<在line-formula> n = 3 提取)。ns:无意义的;<在line-formula> p < 0.001

4所示。讨论

总之,我们发现Nsd2 MERVL和MERVL-fused 2 c基因的抑制因子,以上的差别,对这些 Nsd2担任二级监管途径激活MERVL后的损失 Ssrp1。有趣的是,只有 Nsd2(图 1 (d)),但不 Nsd1也不 Nsd3,中断的表达下调是函数,考虑到所有三个参与H3K36 Nsd基因甲基化。Nsd2是一个重要的H3K36me2甲基转移酶( 19, 22]。的损失 Nsd2模仿H3.3K36M突变,但不是 Nsd1 Setd2模仿H3.3K36M在脂肪生成的影响 23),暗示的独特作用Nsd2 Nsd成员之间基因表达的调控。H3K6me2激活和抑制有关的基因表达 24]。最近报道,Nsd1 / Nsd2-mediated基因间H3K36me2招募Dnmt3a对DNA甲基化 25, 26]。在酵母细胞,H3K36me1/2/3也展示了镇压的转录( 27]。此外,H3K36me2可以招募Rpd3s组蛋白脱乙酰酶抑制寄生转录( 28]。这些都是符合我们发现H3K36me2减少MERVL-fused基因后的损失 Ssrp1(数据 4(一) 4 (b)),这意味着一个潜在的镇压H3K36me2的角色。

Nsd2不仅参与基因转录调控。它参与调节基因组稳定性和甲醇non-histone蛋白质。Nsd2-mediated H3K36me2促进nonhomologous end-joining在无保护端粒,从而提高基因组不稳定性引起的端粒功能障碍( 29日]。人类NSD2-mediated PTEN甲基化调节细胞对DNA损伤的反应( 30.]。最近发现,DNA损伤是引起的损耗MERVL活化剂Zscan4 [ 3, 31日]。反应的ATR和CHK1复制强调激活 Zscan4和MERVL 20.),这意味着DNA损害复制压力和Zscan4相互地互相调节。这将是有趣的调查是否涉及Nsd2 DNA损伤修复与将来Zscan4及其关系。

5。结论

总之,我们发现 Nsd2的下游基因,压抑MERVL,不影响ESC多能性。的减少 Nsd2 Ssrp1- / -ESCs伴随着H3K36me2 MERVL-fused基因超表达的减少 Nsd2部分获救MERVL的表达。这些研究结果建立Nsd2 ESCs MERVL的一个重要的抑制因子,在事实的损失函数。

数据可用性

发表ChIP-seq数据我们分析GSE141791 Ssrp1 [ 16),GSE117155 H3K36me2 [ 32),GSE110321 H3K36me3 [ 33),GSE90893 H3K4me3 [ 34]。

的利益冲突

我们声明,没有利益冲突,在这项研究中。

作者的贡献

X.L.构思和设计研究。T.G.,F。C。,和W。Z。performed most experiments. X.Z. did bioinformatics analysis. T.G., X.H., and X.L. wrote the manuscript.

确认

这项工作是由国家重点支持的研究和发展项目的中国(2018 yfa0107000),中国国家自然科学基金(32070858,32070858,32070858),以及基础研究基金为中央大学(63151113,63161150)。

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