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Thop1影响ERK1/2的磷酸化从而影响大鼠胚胎干细胞的多能性退出的过程示意图
南开新闻网讯（记者 吴军辉）近日，南开大学药物化学生物学国家重点实验室帅领研究员课题组利用携带多能性基因报告系统的大鼠单倍体胚胎干细胞筛选发现，敲除Thop1可以抑制ERK1/2的磷酸化从而阻碍大鼠胚胎干细胞的多能性退出（随机分化）。该研究成果不仅证明单倍体遗传筛选系统在研究大鼠胚胎干细胞自我更新或多能性的机制方面显现巨大优势，还为多能性维持和退出的机制研究提供了新的理论依据。
大鼠是生物医学和药物研究中重要的模式动物。其胚胎干细胞（具有多分化潜能和无限扩增的能力）的问世，极大地推动了再生医学和临床前药物筛选等领域的发展。然而，大鼠胚胎干细胞体虽然在体内分化过程中呈现良好的发育潜能，但是其体外分化往往难以实现。
帅领介绍，拟胚体是一种经典的诱导胚胎干细胞分化的方法，其过程与干细胞的体内分化类似。与小鼠胚胎干细胞不同，大鼠胚胎干细胞会在体外通过形成拟胚体并启动分化时迅速死亡，形成拟胚体的效率也远低于小鼠胚胎干细胞。
“最主要的原因就是大鼠胚胎干细胞多能性退出机制不明确，分化的精细调控难以把握，这样极大限制了大鼠胚胎干细胞在药物筛选（临床前药物筛选是严格的体外实验）等研究中的应用。因此，探索大鼠胚胎干细胞在体外随机分化中的关键调控因子及其网络显得尤为重要。”帅领说。
这项工作中，帅领课题组利用piggyBac转座子对大鼠单倍体胚胎干细胞进行全基因组突变，并获得了覆盖全基因组的高通量突变库。随后，又在Rex1-GFP报告系统的指导下通过随机分化找到大鼠胚胎干细胞分化延迟的目的突变库。最后，通过高通量测序与生物信息学分析，揭示大量影响随机分化各种途径相关的突变基因。
在此基础上，研究人员通过基因编辑等一系列实验证实了筛选所得代表基因Thop1可以通过影响ERK1/2的磷酸化来调控大鼠胚胎干细胞的多能性退出。在随机分化的培养条件下，敲除Thop1可以明显延缓大鼠胚胎干细胞的分化进程，同时与野生型相比，ERK1/2的磷酸化水平明显降低；反之，在正常的干细胞培养条件下，过表达Thop1则促进了大鼠胚胎干细胞的分化，同时升高了ERK1/2的磷酸化水平。
“我们的研究工作不仅证明了单倍体遗传学筛选系统在研究大鼠胚胎干细胞自我更新和多能性调控机制方面的巨大优势，还为大鼠胚胎干细胞多能性维持和退出的机制研究带来新思路。”帅领说。
3月11日，介绍该成果的论文在线发表于学术期刊《细胞增殖》（Cell Proliferation）上。南开大学药学院博士研究生徐玫、赵乙丁，药物化学生物学国家重点实验室张文豪博士为论文共同第一作者。药物化学生物学国家重点实验室帅领研究员、高倩博士为论文共同通讯作者。该研究工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金和瑞士Ferring生殖药物研发基金等项目资助。
论文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/cpr.13209
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