近日，南開大學藥物化學生物學國家重點實驗室帥領課題組利用小鼠單倍體胚胎干細胞篩選系統在細胞氧化應激及胚胎干細胞命運決定機制等領域揭示了多項重要發現，相關研究成果先后發表于國際知名學術期刊Cellreports及CellDeath&Disease。

近年來，南開大學藥物化學生物國家重點實驗室帥領研究員課題組已經成功建立了小鼠單倍體胚胎干細胞系。相比傳統的胚胎干細胞，其具有純合子的特色，即能夠從基因型直接顯示表型，因此是探索隱性遺傳基因功能的絕佳工具細胞。

目前，帥領課題組已建立了多種類型的單倍體干細胞系并篩選了河豚毒素類似物的靶點基因以及多種重要生物學現象，如：重編程、滋養層細胞特化、多能性退出等的關鍵限制基因，凸顯了單倍體系統在遺傳學篩選上的巨大作用。

3月29日，帥領課題組聯合天津醫科大學吳旭東課題組在Cell子刊CellReports在線發表了關于小鼠胚胎發育的首次細胞命運決定機制的相關研究。該研究發現，端粒相關蛋白rap1相互作用因子1（RIF1）在小鼠胚胎干細胞（ESCs）向滋養層干細胞（TSCs）轉變的關鍵作用，揭示了內細胞團（ICM）和滋養層細胞（TE）之間相互轉變的關鍵屏障。

論文第一作者、南開大學藥物化學生物學國家重點實驗室張文豪博士介紹，小鼠胚胎第一次細胞命運決定使得卵裂球逐漸分化形成兩種不同的細胞類型，即ICM和TE。ICM會進一步發育為胎兒，而TE進一步發育為胎盤。在自然情況下，二者之間很難相互轉變，因此探究ICM與TE譜系間細胞命運轉變的關鍵調控基因對于了解細胞命運決定機制以及全能性向多能性發展的具體過程具有重要指導意義。

Rif1及Hmgn3調控小鼠ESCs轉變為TSCs的模式圖

帥領課題組發現Rif1的缺失可以促進小鼠ESCs在細胞和分子水平上轉化為誘導的TSCs（iTSCs），同時Rif1-KO可激活一些2-細胞胚胎階段特異性的基因，進而誘發類全能性狀態。為進一步解釋RIF1的功能，通過設計嵌合實驗、熒光報告系統等實驗，發現了轉變過程中Rif1的下調啟動了另一個重要的調控因子—編碼核小體結合蛋白家族成員Hmgn3，該基因的過表達也能夠促進ESCs往TSCs的轉變，從而揭示ICM和TE之間相互轉變的關鍵屏障。這一發現為進一步探究早期胚胎發育過程中的細胞命運決定提供了新的思路。

3月30日，Nature子刊CellDeath&Disease在線發表了帥領課題組關于細胞氧化應激的另一項研究成果。該工作同樣通過小鼠單倍體篩選系統，發現敲除Slc25a43可以增強細胞對H2O2誘發的氧化損傷的抗性，推動了氧化應激機制的深入研究。

氧化應激靶點基因Slc25a43及其調控示意圖

論文第一作者、南開大學藥學院博士生張金鑫介紹，課題組利用piggyBac轉座子系統對小鼠單倍體胚胎干細胞進行全基因組突變，并使用強氧化劑H2O2進行處理，篩選并獲得了具有氧化應激抗性的靶點基因庫，其中Slc25a43敲除細胞表現出了強大的抗氧化能力。為進一步揭示Slc25a43敲除的抗氧化能力，研究人員利用化學抑制劑及轉錄組分析等方式闡明了Slc25a43敲除會通過調控GPX4和Nlrx1增強細胞的抗氧化能力增強細胞的抗氧化能力。

帥領介紹，氧自由基（ROS）是機體代謝的產物，目前已有研究表明ROS能夠調控干細胞的體外分化及體細胞重編程過程，因此尋找ROS的靶點基因和調控機制對臨床疾病的研究和再生醫學都具有十分重要的意義。

“我們的研究揭示了Slc25a43是ROS介導的氧化毒性的重要靶基因，并闡明了細胞內的抗氧化機制，為氧化應激損傷等疾病提供了良好的藥物靶點及治療策略。”帥領表示，該工作同時也為氧化應激相關疾病的研究奠定了理論基礎。