多能幹細胞是個體發育的基礎，也是再生醫學的重要種子細胞之一。由於發育地位特殊，多能幹細胞基因組具高度穩態（如小鼠胚胎幹細胞的基因組變異率僅為胚胎成纖維細胞的1/100）。儘管多能幹細胞較分化細胞具更強的基因組穩態維持能力，大量擴增培養、持續的DNA複製及特殊的細胞週期往往導致基因組變異，破壞其分化潛能，併產生致瘤風險，成為多能幹細胞走向臨床應用的首要障礙。研究多能幹細胞維持基因組穩態的特殊機制，有助於解決應用中大量擴增培養產生的基因組變異難題，並能為體內胚胎髮育失敗或缺陷研究提供新思路。
中國科學院昆明動物研究所研究員鄭萍課題組長期研究多能幹細胞基因組穩態特徵和獨特調控機制。在前期工作中，鑑定了多能幹細胞基因組穩態特異關鍵調控蛋白因子Filia和Floped，並闡述了其作用機制及體內重要生理功能（Cell Stem Cell2015,16(6):684-698；Cell Research2018,28(1):69-89；PLoS Biology2019,17(10):e3000468；Science Advances2020,6:eaba0682）。
長鏈非編碼RNA（long noncoding RNA, lncRNA）能透過相變，和蛋白因子形成condensates，有效增強蛋白因子濃度，從而顯著提高工作效率。研究人員推測，多能幹細胞很可能存在一些特異表達的lncRNAs，在其高效調控基因組穩態中起重要作用。為此，該研究對小鼠胚胎幹細胞進行不同種類的DNA損傷處理，結合RNA-seq分析，篩選到了10多個表達響應損傷處理的幹細胞特異lncRNA。針對其中1個尚未註釋、表達變化最為顯著且具物種保守性的lncRNA（命名為Discn，DNA damage-induced stem cell specific noncoding RNA）進行了深入的功能和機制分析。發現Discn對維持多能幹細胞基因組穩定性至關重要，並揭示了其作用機制。Discn定位於核仁，和核仁蛋白NCL結合，阻止NCL在DNA損傷情況下遷移到核質和RPA形成蛋白複合體，從而增強自由RPA含量。自由存在的RPA是DNA代謝（複製、修復和重組）的關鍵調控因子。因此，Discn-NCL-RPA軸能高效調控DNA複製和修復。Discn也廣泛表達於神經幹細胞、精原幹細胞等成體幹細胞中，提示其有重要生理功能。研究人員還構建了Discn基因敲除小鼠，發現Discn基因敲除可導致新生致死及神經發育異常，這些表型主要是由體內DNA損傷產生的嚴重炎症反應引起。該研究揭示了多能幹細胞中lncRNA介導的基因組穩態調控新機制，研究結果以A novel lncRNA Discn fine-tunes replication protein A (RPA) availability to promote genomic stability為題，於近日發表在Nature Communications上。
該研究獲得國家自然科學基金、國家重點研發計劃的資助。
Discn透過調節自由RPA含量高效調控基因組穩態
來源：中國科學院昆明動物研究所
