lncRNA HBL1在调节多能干细胞的心肌细胞发育中的作用

 

长链非编码RNA HBL1通过抵消MIR1调节多能干细胞的心肌细胞发育

HBL1 Is a Human Long Noncoding RNA that Modulates Cardiomyocyte Development from Pluripotent Stem Cells by Counteracting MIR1

发表期刊： Developmental Cell

影响因子： 9.174

发表单位： 匹兹堡大学医学院

技术手段： 转录组测序（联川生物提供）

下游实验：载体克隆，HBL1中MIR-1结合预测，lncRNA蛋白编码潜能预测，Northern Blot，Western Blot，病毒包装和感染，qRT-PCR，染色质免疫沉淀，双重荧光素酶测定，CRISPR/Cas9，免疫组化，RNA免疫沉淀，HBL1和成熟MIR-1 Pull Down

 

研究背景

在脊椎动物胚胎发育期间，心脏是第一个功能器官。心脏发育是一个逐步的过程，包括中胚层，心脏祖细胞和心血管系细胞终末定向的连续分化。这个复杂的过程依赖于动态基因表达程序的精确控制，包括转录，转录后和翻译水平。利用动物模型研究，已确定了一些控制哺乳动物心脏发育的关键基因。然而，由于缺乏来自人类胚胎的体内研究，控制人类心脏发育的特异性基因的表达程序在很大程度上仍不清楚。近期，包括人胚胎干细胞（hESC）和人诱导多能干细胞（hiPSC）已被用作体外模型来研究早期人类心脏发育。

关键转录因子（TFs）在建立原始心脏中起关键作用。一般来说，这些关键TF的序列和功能在不同物种中高度保守。长链非编码RNA（lncRNA）是长度大于200nt的转录物，具有有限的编码潜力。最近，有研究揭示了lncRNA在心血管发育中的关键作用。然而，由于lncRNA在组织中表达谱不同，对lncRNAs在人类心脏发育中的作用知之甚少。

材料与方法

分离和富集人RUES2，RUES2衍生的MCP，心肌细胞，滑肌细胞和内皮细胞样本。收集五个细胞样品中纯化的total RNA，后续进行转录组测序。

研究发现

本研究报告了一个之前未被注释到的人类特异性心脏调控lncRNA（HBL1），对其进行了鉴定和调控机制研究，并为人类多能干细胞的心肌细胞（CM）发育分子机制提供了深入理解。

HBL1在非人类灵长类动物中非常保守，且尚未在其他脊椎动物中被发现。HBL1在未分化的hPSC中高度表达，并且在心血管分化过程中表达水平迅速降低。功能获得和功能缺失功研究表明，HBL1是CM分化的负调节器。HBL1的过表达抑制hiPSC的心肌细胞分化，而HBL1的敲低和敲除促进hiPSC的心肌细胞分化。值得注意的是，研究表明，HBL1与AGO2和MIR1形成RNA诱导的沉默复合物，HBL1在AGO2复合物中与MIR1相互作用，通过沉默MIR1生物活性，抑制MIR1在CM早期发育中的作用。而破坏HBL1中MIR1的结合位点显示出类似于HBL1敲除的促进心肌细胞分化的作用。此外，研究显示SOX2是一个关键的多能性标记物，SOX2通过与HBL1启动子以序列特异性方式结合而激活HBL1转录。敲低SOX2导致HBL1表达下降，从而促进人诱导多能干细胞的心肌细胞分化。

图 SOX2通过与HBL1启动子结合激活其转录

研究结论

本研究表明在人类多能干细胞的心肌细胞分化过程中lncRNA HBL1的缺失促进hiPSCs的心肌细胞分化，HBL1的过表达抑制hiPSC的心肌细胞分化，HBL1抵消MIR1调节心肌细胞分化的功能，SOX2通过与HBL1启动子结合激活HBL1转录。

通过研究转录因子SOX2，lncRNA HBL1和MIR1组成的调控网络在控制人类CM多能性发展、心血管祖细胞形成以及心脏发育中的重要调节作用，为lncRNA作为调节人心脏发育的新的人类特异性因子提供了线索。

参考文献

Liu J, Li Y, Lin B, et al. HBL1 Is a Human Long Noncoding RNA that Modulates Cardiomyocyte Development from Pluripotent Stem Cells by Counteracting MIR1[J]. Developmental Cell, 2017, 42(4):333.

本研究中的转录组测序由联川生物提供

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    黄媛  编辑