叶酸缺乏抑制Brachyury表达的表观调控机制及其对拟胚体分化的影响

作者：常韶燕^*; 郭九叶; 陈燕; 王理

来源：陆军军医大学学报, 2022, 44(14): 1401-1409.

DOI：10.16016/j.2097-0927.202201119

• 叶酸
• Brachyury
• 表观遗传调控
• DNA甲基化
• 组蛋白修饰

目的 探讨叶酸缺乏抑制发育关键基因Brachyury表达的表观调控机制及对拟胚体(embryoid bodies, EBs)分化的影响。方法 建立叶酸缺乏的小鼠胚胎干细胞(embryonic stem cell, ESCs)分化为EBs的细胞模型。根据叶酸浓度分为3组：正常组，叶酸缺乏组和叶酸补充组。采用massARRAY和RT-PCR分别检测EBs中Brachyury基因的甲基化和表达水平，明确叶酸缺乏对Brachyury基因表达的影响；RT-PCR和ChIP-qPCR分别检测DNA甲基化酶的表达和组蛋白甲基化修饰，探讨叶酸缺乏对Brachyury基因的表观调控机制；检测多潜能markers和三胚层markers的表达，探讨发育关键基因Brachyury表达异常对EBs分化的影响。结果 (1)在叶酸缺乏的ESCs分化为EBs模型中Brachyury表达显著降低，叶酸缺乏组的相对表达量为正常组的(0.19±0.08)倍，叶酸补充后上升至正常组的(0.62±0.14)倍。EBs中Brachyury基因启动子区甲基化水平从正常组的(30.75±0.50)%升高至叶酸缺乏组的(37.93±1.24)%,补充叶酸后则降低至(31.88±2.67)%。(2)DNA从头甲基化酶DNMT3b表达升高，叶酸缺乏组其相对表达量为正常组的(1.59±0.31)倍。叶酸缺乏的EBs中H3K27me3修饰增加，正常组、叶酸缺乏组、叶酸补充组的相对富集程度分别为(0.22±0.03)、(0.32±0.02)、(0.24±0.01)。(3)在叶酸缺乏ESCs分化为EBs后，细胞形态发生改变：EBs小球体积变小，形态不规则；叶酸补充后EBs小球体积接近正常，呈规则的球体结构。(4)ESCs多潜能性markers包括Nanog和Sox2表达显著上调，其相对表达量在叶酸缺乏组的EBs中分别为正常组的(3.18±0.95)和(4.23±1.59)倍；叶酸缺乏的EBs中外胚层marker Fgf5和中胚层marker Gsc表达量显著下调，分别为正常组的(0.42±0.04)倍和(0.61±0.20)倍。结论 叶酸缺乏通过DNA甲基化和组蛋白H3K27甲基化的双重表观调控作用，引起Brachyury基因的表达显著下调，最终导致拟胚体EBs的分化受阻。

• 出版日期2022
• 单位首都儿科研究所; 青岛市海慈医疗集团