李光鹏教授课题组研究揭示ZGA-regulator在体细胞重编程中作用机制

终末分化的体细胞可以通过SCNT或者诱导性多能干细胞（iPS）技术，重编程至全/多能性的状态。与SCNT和iPS技术相比，化学小分子诱导（CiPS）仅使用化学小分子就能使普通体细胞发生重编程，逆转为多潜能干细胞。CiPS技术不仅简单，而且不受试验材料限制及不涉及伦理方面的问题，因此CiPS具有更广泛的科研、临床及育种应用价值。然而，CiPS的诱导耗时长且效率低，如何提高CiPS的诱导效率，是化学诱导细胞重编程领域亟待解决的问题之一。 本研究针对哺乳动物SCNT和CiPS介导的体细胞重编程效率低与克隆动物出生率低等关键科学问题，利用课题组在2018年自主研发的“胚胎ZGA实时监测系统”，结合siRNA-repressor和mRNA-inducer技术，对16种“合子基因组调控因子（ZGA-regulator）”进行筛选。结果发现，Dux、Dppa2和Dppa4在体细胞重编程的早期阶段发挥关键作用。如用CRISPR-Cas9敲除Dux，克隆胚胎将完全被阻断在2-细胞时期。只有在瞬间过表达Dux（tOE-Dux），使其符合内源Dux时空特性时，才能提高核移植重编程效率，我们将这种方法称为D-SCNT。此外，D-SCNT结合干扰DNA甲基化酶（si-Dnmts）能够进一步提高克隆动物的出生率。研究还发现，特异性过表达Dux可以显著提高CiPS的细胞重编程效率和提高干细胞的多能性，并对相关机制做了阐释。 该研究首次揭示了ZGA调控因子Dux在体细胞重编程中的作用机制，时空特异性过表达Dux可大幅度提高克隆效率和化学小分子诱导多能干细胞的建系效率，为干细胞的再生医学与生物工程应用提供了新的途径。