哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育起始于受精卵，隨后經(jīng)歷連續(xù)的譜系分化，最終形成完整個(gè)體。在早期胚胎發(fā)育中，細(xì)胞第一次命運(yùn)分離發(fā)生在囊胚期，由全能性細(xì)胞分化為胚胎內(nèi)的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM）和胚外的滋養(yǎng)外胚層（TE）。ICM細(xì)胞保留分化為機(jī)體所有細(xì)胞類型的潛能，但來源于ICM的體外培養(yǎng)人胚胎干細(xì)胞屬于多能性細(xì)胞，僅展示有限的胚外組織潛能。這種從全能性向多能性的轉(zhuǎn)變標(biāo)志著細(xì)胞譜系發(fā)育潛能的限制，其內(nèi)在決定機(jī)制尚不明確。

　　近期，中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院研究團(tuán)隊(duì)，揭示了限制人多能干細(xì)胞發(fā)育潛能的關(guān)鍵因子——去泛素化酶USP7，并闡釋其通過去除mTOR蛋白上非經(jīng)典K63多泛素化修飾，從而調(diào)控mTOR活性的機(jī)制。

　　研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，USP7缺陷的人胚胎干細(xì)胞表現(xiàn)出較強(qiáng)的單細(xì)胞存活能力。將這些細(xì)胞在擬胚體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，可形成擬胚體結(jié)構(gòu)。當(dāng)它們被轉(zhuǎn)入不含特定形態(tài)發(fā)生素的囊胚培養(yǎng)基后，可自發(fā)形成類似囊胚的結(jié)構(gòu)，并表達(dá)胚外譜系標(biāo)志物。相比之下，野生型人胚胎干細(xì)胞無法呈現(xiàn)類似囊胚的結(jié)構(gòu)，同樣不表達(dá)胚外譜系標(biāo)志物。

　　團(tuán)隊(duì)將這些類囊胚結(jié)構(gòu)的聚集體進(jìn)行貼壁培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)其可產(chǎn)生胚外的滋養(yǎng)層亞類細(xì)胞——絨毛外滋養(yǎng)層細(xì)胞和合體滋養(yǎng)層細(xì)胞，同時(shí)，還形成了卵黃囊腔和羊膜腔典型胚胎腔結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，USP7就像人胚胎干細(xì)胞發(fā)育潛能的“剎車”，限制了它向胚外組織發(fā)育，即敲除USP7解除了人胚胎干細(xì)胞的胚外譜系發(fā)育限制，并使其具備了模擬早期植入后胚胎發(fā)育、形成復(fù)雜胚胎樣結(jié)構(gòu)的能力。

　　團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探索了USP7限制胚外潛能作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)USP7敲除后，mTOR蛋白上的非經(jīng)典K63泛素鏈無法被去除，從而導(dǎo)致mTOR蛋白磷酸化水平上升，mTOR信號(hào)通路活性增強(qiáng)。這使得細(xì)胞內(nèi)蛋白翻譯水平上調(diào)，尤其是多能性標(biāo)志物的蛋白水平增加，最終導(dǎo)致人胚胎干細(xì)胞的胚外譜系限制被解除。這表明，USP7通過去除非經(jīng)典的K63多泛素化而減弱mTOR活性，進(jìn)而限制人胚胎干細(xì)胞的胚外發(fā)育潛能。

　　該研究鑒定了USP7介導(dǎo)的非經(jīng)典K63泛素化去除關(guān)鍵內(nèi)源機(jī)制，闡明了其如何限制人胚胎干細(xì)胞的胚外譜系發(fā)育潛能，表明了蛋白翻譯控制在早期細(xì)胞命運(yùn)決定中發(fā)揮著重要作用。該發(fā)現(xiàn)揭示了細(xì)胞發(fā)育潛能限制的多維調(diào)控，有助于優(yōu)化模擬體外胚胎早期發(fā)育過程的培養(yǎng)體系。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在The Innovation Life上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)等的支持。

USP7通過調(diào)節(jié)mTOR信號(hào)通路調(diào)節(jié)胚胎干細(xì)胞發(fā)育潛能