多能干細胞是個體發(fā)育的基礎(chǔ)，也是再生醫(yī)學(xué)的重要種子細胞之一。由于發(fā)育地位特殊，多能干細胞基因組具高度穩(wěn)態(tài)（如小鼠胚胎干細胞的基因組變異率僅為胚胎成纖維細胞的1/100）。盡管多能干細胞較分化細胞具更強的基因組穩(wěn)態(tài)維持能力，大量擴增培養(yǎng)、持續(xù)的DNA復(fù)制及特殊的細胞周期往往導(dǎo)致基因組變異，破壞其分化潛能，并產(chǎn)生致瘤風(fēng)險，成為多能干細胞走向臨床應(yīng)用的首要障礙。研究多能干細胞維持基因組穩(wěn)態(tài)的特殊機制，有助于解決應(yīng)用中大量擴增培養(yǎng)產(chǎn)生的基因組變異難題，并能為體內(nèi)胚胎發(fā)育失敗或缺陷研究提供新思路。

中國科學(xué)院昆明動物研究所研究員鄭萍課題組長期研究多能干細胞基因組穩(wěn)態(tài)特征和*調(diào)控機制。在前期工作中，鑒定了多能干細胞基因組穩(wěn)態(tài)特異關(guān)鍵調(diào)控蛋白因子Filia和Floped，并闡述了其作用機制及體內(nèi)重要生理功能（Cell Stem Cell 2015，16(6)：684-698；Cell Research 2018，28(1)：69-89；PLoS Biology 2019，17(10)：e3000468；Science Advances 2020，6：eaba0682）。

長鏈非編碼RNA（long noncoding RNA， lncRNA）能通過相變，和蛋白因子形成condensates，有效增強蛋白因子濃度，從而顯著提高工作效率。研究人員推測，多能干細胞很可能存在一些特異表達的lncRNAs，在其高效調(diào)控基因組穩(wěn)態(tài)中起重要作用。為此，該研究對小鼠胚胎干細胞進行不同種類的DNA損傷處理，結(jié)合RNA-seq分析，篩選到了10多個表達響應(yīng)損傷處理的干細胞特異lncRNA。針對其中1個尚未注釋、表達變化最為顯著且具物種保守性的lncRNA（命名為Discn，DNA damage-induced stem cell specific noncoding RNA）進行了深入的功能和機制分析。發(fā)現(xiàn)Discn對維持多能干細胞基因組穩(wěn)定性至關(guān)重要，并揭示了其作用機制。Discn定位于核仁，和核仁蛋白NCL結(jié)合，阻止NCL在DNA損傷情況下遷移到核質(zhì)和RPA形成蛋白復(fù)合體，從而增強自由RPA含量。自由存在的RPA是DNA代謝（復(fù)制、修復(fù)和重組）的關(guān)鍵調(diào)控因子。因此，Discn-NCL-RPA軸能高效調(diào)控DNA復(fù)制和修復(fù)。Discn也廣泛表達于神經(jīng)干細胞、精原干細胞等成體干細胞中，提示其有重要生理功能。研究人員還構(gòu)建了Discn基因敲除小鼠，發(fā)現(xiàn)Discn基因敲除可導(dǎo)致新生致死及神經(jīng)發(fā)育異常，這些表型主要是由體內(nèi)DNA損傷產(chǎn)生的嚴重炎癥反應(yīng)引起。該研究揭示了多能干細胞中l(wèi)ncRNA介導(dǎo)的基因組穩(wěn)態(tài)調(diào)控新機制，研究結(jié)果以A novel lncRNA Discn fine-tunes replication protein A (RPA) availability to promote genomic stability為題，于近日發(fā)表在Nature Communications上。

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來源：生物谷

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