摘要：

Cell | 造血干细胞微环境的形成和维持具有不同的表观调控机制

造血干细胞具有自我更新和多谱系分化的潜能，可以维持血液系统稳态。在生理状态下，成体造血干细胞位于骨髓微环境中。间充质细胞(MSC)是骨髓造血干细胞微环境的关键组成成分，其中LepR⁺ MSC通过分泌造血干细胞维持因子，如SCF和CXCL12，支持造血干细胞的功能。目前大多数研究集中于探索成体骨髓微环境维持的调控机制，例如转录因子和表观调控因子(包括Foxc1、Bmi1、Ebf3、Ebf1和Runx1)在成体骨髓间充质细胞中的缺失导致造血干细胞微环境功能受损。然而，发育过程中骨髓微环境形成的分子调控机制尚不清楚。2024年4月23日，美国哥伦比亚大学欧文医学中心丁磊团队在Cell上发表了“Hematopoietic stem cell niche generation and maintenance are distinguishable by an epitranscriptomic program”研究论文(doi:10.1016/j.cell.2024.03.032)，揭示了Mettl3介导的mRNA m⁶A修饰是调控骨髓微环境建立的特异性分子机制。该研究首先利用公共单细胞测序数据库，对骨髓微环境建立时的围产期小鼠和成体骨髓维持稳态时期的小鼠骨髓MSC进行分析，发现围产期小鼠MSC偏好于表达m⁶A修饰相关的基因，并且m⁶A修饰水平更高。之后，利用Prx1-cre，敲除围产期小鼠MSC中m⁶A甲基转移酶Mettl3，发现造血过程受损、造血干细胞数量减少。然而利用Lepr-cre敲除成体MSC中Mettl3，造血却不受影响。通过单细胞测序和相应功能实验验证，发现缺失Mettl3的围产期MSC更倾向于向成骨细胞分化。在机制方面，该研究对围产期MSC进行m⁶A RNA甲基化免疫共沉淀测序，通过与敲除Mettl3后的转录组进行联合分析，发现转录因子Klf2是潜在下游靶点，其含有m⁶A修饰且在Mettl3缺失的MSC中表达升高；并且敲除Klf2能够回救围产期MSC缺失Mettl3后骨髓造血微环境缺陷的表型。该研究证明了骨髓微环境的建立和维持依赖于不同的调控机制，而这种差异很可能反映不同发育阶段微环境细胞不同的功能需求。■推荐人：刘帆，王璐

Development | 解析哺乳动物胚胎滞育的营养协同调控机制

环境营养对于个体的发育至关重要，但是在哺乳动物活体中的相关研究却不多见。与其他卵生的动物不同，哺乳动物中存在一种特殊的生殖现象——胚胎滞育(embryonic diapause)，它可以帮助胚胎在严酷营养环境压力下存活。以往发现利用抑制剂抑制真核生物中非常保守的营养感知中枢mTORC1能在体外诱导小鼠胚胎滞育，但是体内如何诱导胚胎滞育形成的机制尚不清楚。中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心孙强团队于2024年4月11日在Development上发表了题为“Nutrient deprivation induces mouse embryonic diapause mediated by Gator1 and Tsc2”的研究论文(doi: 10.1242/dev.202091)，首次系统研究了这个问题。该研究发现小鼠母体饥饿会诱导胚胎滞育，且母体子宫液(uterine fluid)中的几种关键营养分子(精氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、葡萄糖和乳酸)的浓度降低，是母体饥饿和卵巢切除诱导胚胎滞育所必需的。 此外，该研究建立了一个体外培养小鼠囊胚体系，并发现在培养基中减少这6种营养成分的含量，就可以模拟囊胚滞育的发生，并将体外胚胎存活时间延长一周多。进一步的机制研究表明，mTORC1信号通路的上游蛋白，即用于氨基酸感知的 Gator1复合体，和碳水化合物感知的Tsc2，在此过程中扮演核心角色。有趣的是，只要在不含这几种氨基酸(精氨酸、亮氨酸、异亮氨酸或赖氨酸)的培养基里添加其中任一种氨基酸，这种滞育的保护效果就会几乎完全消失——换言之，进入滞育的营养限制要求似乎非常严格，需要几种营养的协同缺乏。另一有趣之处是，由营养剥夺导致的胚胎滞育是可逆的——可以通过将其移至到假孕小鼠子宫内并顺利完成胚胎发育得到健康的小鼠后代，而通过药物抑制mTORC1活性导致的滞育囊胚再次发育的成功率却非常低，提示营养在胚胎发育中扮演的调控角色更加灵活。这点可能对于未来人类胚胎保存有非常大的应用价值。■推荐人：朱焕乎

Nature |“表观遗传屏障”调节大脑神经元成熟速率

动物复杂神经环路的建立以及认知能力的产生依赖大脑神经元成熟。人类大脑发育速率比大多数哺乳动物更为缓慢，其中以神经元的成熟时间较长为典型特征。无论在体外还是移植入体内，人类多

能干细胞衍生发育为成熟的功能性神经元速率仍旧缓慢。这提示存在某种物种相关的“时钟”来指导神经元的成熟，但其分子特性并不清楚。2024年1月31日，美国纪念斯隆凯特琳癌症中心Lorenz Studer团队在Nature上发表了题为“An epigenetic barrier sets the timing of human neuronal maturation”(doi: 10.1038/s41586-023-06984-8)的研究论文，该研究详细描述了“表观遗传屏障”调控小鼠以及人类神经元成熟差异及作用机制。基于人类多能干细胞培养体系，该研究团队建立了时间同步诱导产生同类型皮质神经元的方法，并收集不同时期的样本，从形态学、功能、分子水平以及表观遗传等多角度对神经元发育成熟过程中不同时间点的神经元表型进行了图谱分析。通过与小鼠的数据进行比较，发现人类神经元中的“表观遗传屏障”水平高于小鼠神经元。在机理上提出，人类神经元在发育过程中会维持相对稳定的转录成熟程序并促进竞争性表观遗传调节因子的表达，从而控制人类神经元的成熟速率。该研究确立了“表观遗传屏障”在人类祖细胞中的提前建立调控了神经元成熟的速率。该理论为筛选促进人类神经元成熟的药物以有效治疗神经系统疾病提供了有力指导。■推荐人：金彬彬，李礼

Nature Cell Biology | 发现DNA-蛋白质共价交联的DNA损伤修复新机制

DNA-蛋白质共价交联(DNA-protein crosslinkings，DPCs)可由甲醛、紫外线以及特异性共价交联DNA甲基转移酶(DNMT1)的化疗药物5-Aza-2’- deoxycytidine等多种因素诱发，严重威胁基因组完整性和遗传稳定性。虽然经典的DPC修复通路，尤其是DNA复制叉遭遇DPC时的修复执行和激活机制已被揭示，但是DPC发生在高转录区域与转录发生冲突时的修复机制目前并不完全清楚。2024年4月10日，Nature Cell Biology以“背靠背”形式同一期在线发表了3篇研究论文，分别是德国慕尼黑大学Julian Stingele和英国剑桥大学Stephen P. Jackson团队合作的文章“Transcription-coupled repair of DNA-protein cross-links depends on CSA and CSB”(doi:10.1038/s41556-024-01391-1)、日本名古屋大学Tomoo Ogi团队文章“Endogenous aldehyde-induced DNA-protein crosslinks are resolved by transcription-coupled repair”(doi:10.1038/s41556- 024-01401-2)以及荷兰伊拉斯莫大学Jurgen A. Marteijin团队的文章“Transcription-coupled DNA- protein crosslink repair by CSB and CRL4^CSA-mediated degradation”(doi:10.1038/s41556-024-01394-y)。3个研究团队通过CRISPR基因敲除筛选、蛋白组学、DPC测序等手段，在多种DPC细胞模型中独立鉴定并表征了负责解决转录偶联DPC (transcription- coupled nucleotide excision，TC-DPC)问题的新的修复因子——CSB (也叫ERCC6)、CSA (也叫ERCC8，为E3泛素连接酶蛋白复合体CRL4的关键单体)。经典DPC的修复由特异性金属蛋白酶SPRTN、SUMO修饰(SUMOylation)以及随后的SUMO修饰依赖性的多聚泛素化降解DPC蛋白来实现。研究者们利用甲醛建立TC-DPC模型，发现DPC会严重抑制转录活性，且不依赖于经典的核苷酸切除修复通路(NER)核心蛋白UVSSA和剪切复合体XPA，也不依赖于蛋白酶SPRTN。通过CRIPSR遗传学筛选、生化方法，3个团队都独立找到了CSB和CSA两个修复因子。在转录偶联的核苷酸切除修复发生(TC-NER)过程中，CSB负责结合损伤位点上停滞的RNA聚合酶II，招募E3泛素化酶复合体CRL4^CSA，随后CRL4^CSA对DPC进行泛素化修饰，并促进由VPS/p97介导的DPC交联蛋白的降解。TFIIS则负责降解DPC损伤部位未完成转录的mRNA。CSB和CSA缺失的细胞在发生DPC后不能修复，亦不能重启转录，表现为对甲醛高度敏感。人类群体中CSB、CSA这两个基因中的遗传突变会导致Cockayne综合征，CSB和CSA在TC-DPC中重要功能的揭示可以帮助更好理解Cockayne综合征的细胞病因。另外，CSB、CSA和其他 NER经典因子在应对不同DPC修复任务时具有功能特异性，细胞是如何选择DNA修复方式和并进行特异性调控的，是该方向未来需要解决的科学问题。■推荐人：句佳明，李汉增