CRISPR/Cas9介导的Suds3敲除抑制小鼠胚胎干细胞增殖和中内胚层分化

胚胎干细胞(ESCs)具有分化为成体各种细胞的能力,其在发育和分化过程中的命运决定受基因表达、表观遗传和胞外信号等多种因素的综合调控。表观遗传调控例如DNA甲基化、组蛋白乙酰化和甲基化,在ESCs的多能性维持以及分化过程中发挥重要作用。Suds3(Sin3 histone deacetylase corepressor complex component SDS3)是Sin3组蛋白去乙酰化酶复合物的重要组分之一,在胚胎发育、细胞增殖、染色体分离等生物过程中发挥重要作用,但Suds3在ESCs中的功能例如对ESCs增殖、多能性维持及分化过程中的影响却少有报道。本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,构建了Suds3基因敲除的小鼠胚胎干细胞系,并结合细胞培养、体外拟胚体(embryoid body,EB)形成和体内畸胎瘤形成,CCK-8细胞增殖检测和细胞计数实验对Suds3在ESCs中的功能展开研究。Western印迹结果显示,SUDS3蛋白未表达,成功实现了对Suds3基因的敲除。通过对细胞形态的观察以及实时荧光定量PCR(QRT-PCR)检测多能性基因的表达,发现Suds3的敲除对ESCs多能性的维持无显著影响。拟胚体形成实验发现,拟胚体形成的第4 d和第6 d,Suds3^(-/-)细胞多能性基因表达并未像野生型细胞一样迅速下调反而提高(^(***)P<0.001),中胚层和内胚层基因表达量相比野生型显著降低(^(***)P<0.001),而外胚层基因表达量相比野生型提高(^(***)P<0.001)。CCK-8增殖检测和细胞计数的结果发现,Suds3的敲除使ESCs的增殖能力受到抑制(^(*)P<0.05,^(***)P<0.001)。体内畸胎瘤形成实验和HE染色表明,Suds3敲除抑制了增殖,同时促进外胚层分化,减少了中胚层和内胚层的分化。并且在Suds3^(-/-)细胞中过表达Suds3可以挽救敲除Suds3引起的ESCs表型变化。本研究成功构建了Suds3敲除的胚胎干细胞系,并表明Suds3的敲除对ESCs多能性的维持无显著影响,抑制ESCs的增殖及促进外胚层分化,限制中胚层和内胚层的分化。上述结果为研究组蛋白乙酰化对ESCs分化及早期胚胎发育的影响提供了新的见解和研究模型,为体外定向分化获取功能性细胞及未来的细胞治疗策略提供了技术参考。