蒋卫团队揭示基因荒漠区lncRNA HIDEN调控内胚层分化的分

基因组上存在大量的不编码蛋白、但产生RNA的区域，其中的长非编码RNA（lncRNA）近些年来被报道可以参与胚胎发育与疾病发生。然而，目前大部分研究关注的是临近蛋白编码基因（PCG）的lncRNA，对于位于远离PCG的基因荒漠区的lncRNA的功能报道较少。尤其是，这类lncRNA是否以及如何在人类早期发育中发挥作用我们还知之甚少。

4月24日，武汉大学医学研究院、免疫与代谢前沿科学中心、中南医院生物样本库蒋卫教授团队在Genome Biology杂志上在线发表了题为“A desert lncRNA HIDEN regulates human endoderm differentiation via interacting with IMP1 and stabilizing FZD5 mRNA”的研究论文。该研究利用人多能干细胞分化体系，通过多种组学数据探索不同类型lncRNA的表达特性，并探讨其中一个位于基因荒漠区的lncRNA在早期胚层分化中的功能与机制。

该研究首先根据lncRNA与编码基因在基因组上的位置关系将lncRNA分为三类：与编码基因有位置重叠的overlapped lncRNA、位于编码基因近端的proximal lncRNA，以及位于基因荒漠区的desert lncRNA。通过多个转录组数据分析，该研究发现，与编码基因附近的lncRNA相比，荒漠区lncRNA表达量更高、更倾向定位于细胞质，更具有细胞/组织特异性，这表明荒漠区lncRNA可能具有调控细胞谱系特化的生物学功能。

基于该实验室的人多能干细胞内胚层分化的转录组数据，该研究鉴定了多个内胚层分化过程差异表达的荒漠区lncRNA，并针对其中一个HIDEN（human IMP1-associated〝desert〞definitive endoderm lncRNA）进行了详细的功能和机制探讨。作者首先建立了HIDEN功能缺失的人多能干细胞系。这些细胞系维持正常的多能性基因表达和自我更新能力，但在自发分化的拟胚体体系以及定向的胚层分化过程中，内胚层谱系分化明显受到抑制。进一步研究发现，HIDEN主要定位于细胞质中，可以与RNA结合蛋白IMP1相互作用；而IMP1功能缺失也显著抑制人多能干细胞内胚层分化。分子机制研究显示，HIDEN缺失影响IMP1蛋白与FZD5 mRNA的结合，导致FZD5 mRNA稳定性降低；而FZD5是WNT信号通路受体，HIDEN或IMP1缺失导致内胚层分化过程中WNT信号通路活性降低，而在分化中使用WNT通路激活剂可以回补HIDEN缺失导致的内胚层分化受阻的表型。如图1所示，这些结果表明，位于基因荒漠区的lncRNA HIDEN通过促进IMP1和FZD5 mRNA的相互作用，稳定FZD5 mRNA并维持WNT信号，以促进人多能干细胞内胚层分化。


图1.HIDEN结合IMP蛋白，共同稳定mRNA FZD5，从而维持WNT活性并促进内胚层分化

综上，该研究关注了一类不被重视的位于基因荒漠区的lncRNA，并探索了其中一个在内胚层高表达的lncRNA HIDEN的生物学功能和分子机制。HIDEN通过介导IMP1蛋白对mRNA的转录后调控，进而参与人多能干细胞内胚层分化的细胞命运决定。这些结果结合该课题之前的基因临近区lncRNA DEANR1（Cell Reports 11(1), 137-148）以及GATA6-AS1（Stem Cell Reports 15(3):694-705）的报道，共同揭示了lncRNA对于人类早期胚胎发育谱系特化的重要功能。

据悉，蒋卫教授为该论文的通讯作者，武汉大学中南医院生物样本库卢佩博士、武汉大学医学研究院博士生杨介、李茂为该论文的共同第一作者。该工作也得到了武汉大学中南医院王行环教授、肖宇研究员的大力支持。

蒋卫课题组长期从事干细胞命运决定的分子调控机制和转化研究，主要利用人多能干细胞维持和分化体系，探讨早期多能性转换及胚层分化的表观和代谢调控机制。近年研究成果主要包括：揭示表观遗传调控早期胚层分化的机制（Nature Communications 2022；Development 2023；Cell Death Disease 2021）；阐明长非编码RNA和重复序列在人多能性调控以及胚层分化中的作用及机制（GenomeBiology 2023；Nucleic Acids Research 2022；Stem Cell Reports 2020）；解析细胞代谢调控细胞干性和分化的机制（Redox Biology 2022；Stem Cell Reports 2021；Cell Death Discovery 2022）。

论文链接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-023-02925-w