GATA轉(zhuǎn)錄因子家族在細(xì)胞命運(yùn)調(diào)控中的作用

1、Perspectives前沿評(píng)述生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展Progress in Biochemistry and Biophysics2014, 41(10): 10181028 HYPERLINK / GATA 轉(zhuǎn)錄因子家族在細(xì)胞命運(yùn)調(diào)控中的作用張珂 1)鄧宏魁 1, 2, 3)*(1) 北京大學(xué)，北大 - 清華生命科學(xué)聯(lián)合中心，北京 100871；2) 北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，細(xì)胞分化與工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100871；3) 北京大學(xué)深圳研究生院，化學(xué)基因組學(xué)實(shí)驗(yàn)室，化學(xué)生物與生物科技學(xué)院，深圳 518055)摘要 在胚胎發(fā)育過程中，組織器官的形成依賴于干細(xì)胞在空間與時(shí)間上正確的定向分化、增殖，

2、以及中間細(xì)胞的凋亡這 一細(xì)胞命運(yùn)決定的過程必須被嚴(yán)格精確地調(diào)控，從而保證胚胎發(fā)育過程中組織器官形成得以順利地進(jìn)行在此過程中， GATA 轉(zhuǎn)錄因子家族扮演了不可或缺的角色，它們?cè)谂邔臃只⒃煅到y(tǒng)和心臟形成、胸腺和腸道發(fā)育以及腫瘤發(fā)生中都起 到了重要的作用本文結(jié)合目前對(duì) GATA 轉(zhuǎn)錄因子家族的研究和本課題組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，介紹其在干細(xì)胞分化和維持，以及它 們?cè)诩?xì)胞重編程中所起的作用關(guān)鍵詞 胚胎發(fā)育，干細(xì)胞，GATA 轉(zhuǎn)錄因子，細(xì)胞重編程學(xué)科分類號(hào) Q28，Q254DOI: 10.3724/SP.J.1206.2014.00260GATA 轉(zhuǎn)錄因子家族一共包含了從 GATA1 到 GATA6 的 6

3、個(gè)成員它們都包含了 2 個(gè)典型鋅指 結(jié) 構(gòu) 的 DNA 結(jié) 合 氨 基 酸 序 列 (Cys-X2-Cys-X17- Cys-X2-Cys)，從而被歸于鋅指蛋白家族(圖 1)根 據(jù) 2 個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)的位置分布，靠近 N 端的被稱為N-finger，靠近 C 端的稱為 C-finger，并且這 2 個(gè) 鋅 指 結(jié)構(gòu)被賦予了不同的生物學(xué)功能 ( 圖 1) C-finger 主要是負(fù)責(zé)特異識(shí)別 WGATAR(W=A 或 T，R=A 或 G)DNA 堿基序列，從而使 GATA 蛋白 結(jié)合到特定的 GATA 結(jié)合位點(diǎn)；N-finger 則主要是CysCysCysCysCysCysCysCysN-finge

4、rC-fingerGATA1GATA2 GATA3 GATA4 GATA5 GATA6Fig. 1 A schematic diagram illustrating the structure of GATA family members圖 1 GATA 家族成員結(jié)構(gòu)示意圖* 通訊聯(lián)系人.Tel: E-mail: HYPERLINK mailto:hongkui_deng hongkui_deng收稿日期：2014-09-09，接受日期：2014-09-15通過與 GATA 相互作用蛋白的結(jié)合來調(diào)節(jié) C-finger 的 DNA 結(jié)合能力1-2 通過對(duì) 24 種脊椎

5、動(dòng)物中 GATA 基因的進(jìn)化分析，研究者發(fā)現(xiàn)所有的 GATA 基因可以被分為 6 種不同的分支簇在脊椎動(dòng)物早 期發(fā)生了兩次基因復(fù)制事件，第一次復(fù)制產(chǎn)生了 GATA2、GATA3 和 GATA1，第二次復(fù)制產(chǎn)生了 GATA4、GATA5 和 GATA6其中 GATA5 在進(jìn)化中離其他 5 種因子的距離最遠(yuǎn)，是一種新型的 GATA 蛋白，而 GATA2 是 6 種因子中最古老的一 個(gè)3-4根據(jù)這 6 種 GATA 轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)范圍主 要分為三類，GATA1、2、3 主要表達(dá)于造血系統(tǒng)； GATA2 和 GATA3 表達(dá)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和胸腺； GATA4、5、6 主要表達(dá)于心臟、腸胃和性腺1GAT

6、A 因子在譜系發(fā)育中的功能與作用GATA120 世紀(jì) 80 年代末，Evans 和 Tsai 等在研究紅 細(xì)胞中球蛋白基因增強(qiáng)子相互作用蛋白中，發(fā)現(xiàn)了 一種特異表達(dá)于紅細(xì)胞中的蛋 白 ， 稱 作 Eryf1 (erythroid transcription factor 1) 或 NF-E1 (nuclear factor erythroid 1) 或 GF1 (globin transcription factor)，直到 1990 年，由于其 DNA 結(jié)合位點(diǎn)的特 點(diǎn)而被最終取名為 GATA1，其在小鼠和人染色體 上都定位于 X 染色體5-8GATA1 主要在造血系統(tǒng) 中的紅細(xì)胞、巨核細(xì)胞

7、、嗜酸性細(xì)胞、肥大細(xì)胞以 及睪丸中的足細(xì)胞中表達(dá)8許多研究結(jié)果都表明 GATA1 對(duì)于紅細(xì)胞生成是必不可少的，GATA1 缺 失的胚胎干細(xì)胞能夠分化為所有的非造血細(xì)胞以及 白細(xì)胞，但唯獨(dú)不能生成成熟的紅細(xì)胞9Pevny 等10在進(jìn)一步的體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn) GATA1 缺失并不 影響紅細(xì)胞祖細(xì)胞生成，說明其主要作用于紅細(xì)胞 祖細(xì)胞分化為成熟紅細(xì)胞的過程中 隨后多種 GATA1 轉(zhuǎn)基因小鼠實(shí)驗(yàn)也證實(shí)在胚胎發(fā)育過程中， 紅細(xì)胞的生成離不開 GATA1 的正常表達(dá)GATA1 基因敲除小鼠在胚胎期 10.511.5 天死于嚴(yán)重的貧 血 而 具 有 GATA1 正 常 表 達(dá) 量 5% 和 20% 的 GAT

8、A1 敲降小鼠雖然生存時(shí)間延長(zhǎng)了 13 天，但 最終仍然死于胚胎期紅細(xì)胞祖細(xì)胞分化缺陷所造成 的貧血11-13GATA1 在嗜酸性細(xì)胞、巨核細(xì)胞還有肥大細(xì) 胞中同樣有著重要作用 在 小 鼠 巨 核 細(xì) 胞 中 GATA1 的突變會(huì)造成血小板減少以及大量巨核細(xì) 胞的形態(tài)異常，并相對(duì)于正常小鼠延長(zhǎng)了止血時(shí) 間這些突變細(xì)胞大部分不能正常地進(jìn)行有絲分裂，并且顯著地減少了巨核細(xì)胞相關(guān) mRNA 的表 達(dá)，說明 GATA1 在巨核細(xì)胞成熟過程中的重要 性14有研究針對(duì) GATA1 啟動(dòng)子區(qū)域的 GATA 結(jié) 合位點(diǎn)進(jìn)行刪除，而這一區(qū)域被推測(cè)為 GATA1 的 自我調(diào)節(jié)區(qū)域，結(jié)果表明此位點(diǎn)的刪除會(huì)導(dǎo)致嗜酸

9、性細(xì)胞的減少15GATA1 高表達(dá)于成熟的肥大細(xì) 胞中，然而在骨髓祖細(xì)胞中的表達(dá)量幾乎不能被檢 測(cè)到，暗示 GATA1 在肥大細(xì)胞成熟過程中發(fā)揮了 關(guān)鍵作用在缺失了 GATA1 基因第一增強(qiáng)子和遠(yuǎn) 端啟動(dòng)子的成年小鼠中，GATA1 處于低表達(dá)狀態(tài)， 這些小鼠都表現(xiàn)出肥大細(xì)胞的發(fā)育缺陷，具體表現(xiàn) 為形態(tài)異常的肥大細(xì)胞，以及在結(jié)締組織和黏膜組 織中肥大前體細(xì)胞的凋亡在體外實(shí)驗(yàn)中也證實(shí)了 這類 GATA1 低表達(dá)的細(xì)胞具有肥大細(xì)胞分化缺 陷，然而人為在這些突變細(xì)胞中過表達(dá) GATA1， 其又能恢復(fù)形成正常肥大細(xì) 胞的能力，說明 GATA1 在肥大細(xì)胞分化中也不可或缺16GATA21990 年，Yam

10、amoto 等利用 GATA1 的 cDNA 探針在雞細(xì)胞中分離出額外兩種 GATA1 的同源 物 ， 稱 為 NF-E1b 和 NF-E1c， 后 來 分 別 稱 作 GATA2 和 GATA3 17-18GATA2 在造血系統(tǒng)里主要表達(dá)于造血祖細(xì)胞、早期紅細(xì)胞、肥大細(xì)胞和巨 噬細(xì)胞19在紅細(xì)胞祖細(xì)胞中過表達(dá) GATA2 能夠 促進(jìn)細(xì)胞的增殖，同時(shí)抑制細(xì)胞的分化但是過表 達(dá) GATA1 或者 GATA3 并不能抑制這些祖細(xì)胞的 分化以及促進(jìn)自身的增殖，因此說明在紅細(xì)胞祖細(xì) 胞中 GATA2 扮演著調(diào)節(jié)自我更新的作用20為研 究 GATA2 在胚胎發(fā)育中的作用，Tsai 等21利用基 因敲除技

11、術(shù)獲得了 GATA2 純 合 敲 除 小 鼠 (GATA2-/-)，這些小鼠都在胚胎期 1011 天死于嚴(yán) 重的貧血，卵黃囊內(nèi)的血管呈蒼白色甚至很難觀察 到血管形態(tài)進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，雖然 GATA2-/- 小 鼠能形成正常形態(tài)的紅細(xì)胞祖細(xì)胞，但是紅細(xì)胞數(shù) 量相對(duì)于正常小鼠減少 50%85%，從體內(nèi)印證了 GATA2 對(duì)于造血祖細(xì)胞增殖的重要性隨后，在 胚胎干細(xì)胞體外分化實(shí)驗(yàn)和卵黃囊細(xì)胞體外培養(yǎng)試 驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，GATA2 的缺失抑制了多能造血祖細(xì)胞 的增殖以及肥大細(xì)胞的形成，但是對(duì)紅細(xì)胞的最終 分化和巨噬細(xì)胞的形成并不是不可或缺的22多能 造血祖細(xì)胞中 GATA2 的缺失不僅抑制了細(xì)胞增 殖，而且促

12、進(jìn)了細(xì)胞凋亡進(jìn)一步研究其機(jī)制發(fā) 現(xiàn)，GATA2 和 P53 同時(shí)敲除(GATA2-/-P53-/-)的小鼠 胚胎中造血祖細(xì)胞的數(shù)量得到了部分恢復(fù)，說明GATA2 調(diào)節(jié)造血祖細(xì)胞的增殖和凋亡與 P53 通路 途徑有所聯(lián)系22在 GATA2+/- 成體小鼠骨髓中造 血祖細(xì)胞的數(shù)量相對(duì)于正常小鼠都有所下降，并且 伴隨著細(xì)胞凋亡增多，說明 GATA2 在胚胎和成體 中的作用都主要是保證造血祖細(xì)胞的增殖以及抑制 細(xì)胞凋亡23GATA3同 GATA1 和 GATA2 一樣，GATA3 也表達(dá)于 造血干細(xì)胞中，并 且 在 T 細(xì)胞的形成過程中 GATA3 是必不可少的一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子24胚胎干細(xì) 胞或者骨髓中造

13、血干細(xì)胞分化而來的 T 祖細(xì)胞遷 移到胸腺后，在這個(gè)特定的微環(huán)境下會(huì)被誘導(dǎo)分化 發(fā)育為 T 細(xì)胞25在這個(gè)分化過程中 GATA3 被認(rèn) 為是胸腺 T 細(xì)胞形成的關(guān)鍵因子CD4 單陽(yáng)性 (CD4+/CD8-)及 CD8 單陽(yáng)性(CD8+/CD4-)T 細(xì)胞的形成主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)重要階段：a第一階段，T 祖細(xì)胞從骨髓或胚胎干細(xì)胞通過血流歸巢于胸腺， B 細(xì)胞分化潛能的丟失，T 細(xì)胞譜系分化能力的形 成b第二階段，早期 T 祖細(xì)胞開始分化，經(jīng)過 CD4/CD8 雙 陰 性 (CD4-/CD8-) 時(shí)期的四個(gè)階段 (DN1/2/3/4)， 以 及 正 向 選 擇 c 第 三 階 段 ， CD4+CD

14、8- 以 及 CD4-CD8+ 的 負(fù) 向 選 擇 26 而 GATA3 則在這三個(gè)階段都起到了重要作用，利用 反義寡核苷酸在胚胎干細(xì)胞中 Lin-/c-kit+ 細(xì)胞群和 胚胎胸腺細(xì)胞 c-kit+ 細(xì)胞群中敲降 GATA3 后發(fā)現(xiàn)， 在胚胎干細(xì)胞群中 T 細(xì)胞發(fā)育受到明顯抑制，而 在胸腺細(xì)胞群中受到輕微抑制27另外一則體內(nèi)實(shí) 驗(yàn)中，將具有 Lacz 報(bào)告基因的 GATA3 缺陷胚胎 干細(xì)胞注射入囊胚中，觀察其分化發(fā)育能力結(jié)果 顯示，GATA3 缺陷的細(xì)胞不能分化形成 T 細(xì)胞， 甚至不能形成 CD4-/CD8- 早期 T 祖細(xì)胞28，這些結(jié) 果都顯示了 GATA3 在最早期的 T 祖細(xì)胞形

15、成中起 到了重要作用為研究第二階段中 GATA3 的作 用，利用 LCK 啟動(dòng)子介導(dǎo)的 CRE 重組酶在特定的 時(shí)空條件性敲除 GATA3 基因，在敲除小鼠中發(fā) 現(xiàn)，GATA3 在正向選擇過程中可以調(diào)控 TCR 的表 達(dá)從而影響 pTCR的重排，進(jìn)而影響著 T 細(xì)胞的成 熟，同時(shí)在 CD4+/CD8- 的 T 細(xì)胞形成中也是不可 或缺的一個(gè)重要因子29在最終 CD4、CD8 表達(dá) 選擇上，最終成為 CD4+/CD8- 的 T 細(xì) 胞 高 表 達(dá) GATA3， 而 CD8+/CD4- 型 T 細(xì)胞中 GATA3 的表 達(dá)則減少利用 CD2/LCR 啟動(dòng)子在 T 細(xì)胞發(fā)育過 程中使 GATA3 持

16、續(xù)高表達(dá)，使得 CD8+/CD4- 的成 熟 T 細(xì)胞數(shù)量明顯減少30，而利用 CD4 啟動(dòng)子介導(dǎo) 的 CRE 重組酶條件性敲除 GATA3 使 得 CD4+/CD8- 的 T 細(xì) 胞 數(shù) 量 減 少 29 在 幼 稚 CD4+/CD8- 型 T 細(xì)胞繼續(xù)分化為 Th1 和 Th2 型細(xì)胞 的過程中，GATA3 在 Th2 細(xì)胞中高表達(dá)而在 Th1 細(xì)胞中低表達(dá)，過表達(dá) GATA3 會(huì)促進(jìn) Th2 細(xì)胞的 分化而抑制 Th1 細(xì)胞的分化，主要通過 GATA3 與 IL-12 相互抑制發(fā)揮作用31而條件性敲除 GATA3 則抑制了 Th2 細(xì)胞的分化而不影響 Th1 細(xì)胞的形 成32-33以上結(jié)

17、果都說明 GATA3 在 T 細(xì)胞整個(gè)形 成過程中扮演了極其重要的角色，除此之外，近年 來也有資料證實(shí) GATA3 在自然殺傷性 T 細(xì)胞和 B 細(xì)胞的形成中發(fā)揮著關(guān)鍵作用34GATA4在利用 GATA 鋅指結(jié)構(gòu)區(qū)的核酸探針對(duì)小鼠 胚胎期 6.5 天(E6.5)cDNA 文庫(kù)的篩選中，發(fā)現(xiàn)了 一 個(gè) 新 的 GATA 結(jié)合蛋白，按照慣例被稱作 GATA435；隨后對(duì)小鼠胚胎期心臟 cDNA 文庫(kù)進(jìn) 行功能性篩選的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了另外兩個(gè)鼠源 GATA 蛋白， GATA5 和 GATA6 36-37GATA4、 5、 6 表達(dá)于多種中、內(nèi)胚層來源的組織，如心臟、小腸、 肺、肝臟、性腺、胃、膀胱等，并

18、且在特定組織基 因的表達(dá)上起到了重要作用而在心臟和腸道發(fā)育 過程中 GATA4、5、6 都有表達(dá)，也說明了它們?cè)?這兩個(gè)系統(tǒng)發(fā)育過程中的重要性，以及在此過程中 它們可能會(huì)有相互協(xié)作的功能38如下文所述，針 對(duì)于 GATA4、5、6 基因在小鼠中功能性缺失的研 究，也的確映證了其在表 達(dá)區(qū)域的重要性 GATA4 是胚胎期小鼠心臟細(xì)胞發(fā)育過程中出現(xiàn)最 早的轉(zhuǎn)錄因子之一，GATA4-/- 小鼠在 E8.5 天死亡， 并且伴有嚴(yán)重的心臟和前腸形成的缺陷39-41雖然 這些突變小鼠的心臟腹側(cè)成形異常，出現(xiàn)心臟二分 叉，但是心肌分化卻沒有受到影響然而在胚胎瘤 細(xì)胞系 P19 中過表達(dá) GATA4 能夠促進(jìn)

19、其分化形成 跳動(dòng)的心臟細(xì)胞，相反，抑制 GATA4 的表達(dá)則會(huì) 抑制心臟細(xì)胞的分化并且引發(fā)細(xì)胞凋亡42-43，說明 GATA4 對(duì)于心肌的分化是一個(gè)重要的轉(zhuǎn)錄因子， 并且在 GATA4-/- 小鼠體內(nèi)，GATA6 的表達(dá)會(huì)相應(yīng) 地增加，暗示在體內(nèi) GATA4 功能的缺失可能會(huì)由 其他 GATA 因子來彌補(bǔ)然而利用雞胚胎研究的 結(jié)果卻未能支持這一功能互補(bǔ)的假設(shè)，同時(shí)敲除一 個(gè)或任意兩個(gè) GATA4、5、6 轉(zhuǎn)錄因子，以及同時(shí) 部分敲除 GATA4、5、6 三個(gè)因子雖然會(huì)造成心臟 腹側(cè)成形異常，類似于 GATA4-/- 小鼠表型，但是 仍然沒有影響心肌細(xì)胞的分化44，于是出現(xiàn)了另一種假設(shè)，GATA

20、4 缺失所造成的心臟形成異常是由 于非細(xì)胞自主性的缺陷利用 GATA4-/- 胚胎干細(xì) 胞注射于八細(xì)胞囊胚中觀察其體內(nèi)分化，發(fā)現(xiàn)嵌合 小鼠都能形成正常的心臟，并且 GATA4-/- 細(xì)胞在 心肌、心內(nèi)膜、心房和心室都能夠被檢測(cè)到，通過 對(duì)高嵌合率小鼠的分析(GATA4 野生型細(xì)胞只在卵 黃囊內(nèi)胚層和前 中腸內(nèi)胚層中表達(dá) )， 發(fā) 現(xiàn) GATA4-/- 小鼠心臟腹側(cè)缺陷是由于內(nèi)胚層的發(fā)育缺 陷而非心臟中胚層缺陷導(dǎo)致，說明 GATA4 通過非 細(xì)胞自主性作用來調(diào)節(jié)心臟的發(fā)生45-46在臨床研 究中也發(fā)現(xiàn)包含了 GATA4 基因的八號(hào)染色體短臂 端(8p23.1) 部分缺失會(huì)造成 GATA4 的表達(dá)

21、不足， 從而產(chǎn)生先天性心臟缺損在對(duì)心臟房間隔缺損的 病人檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，在 GATA4 基因靠近 C 端鋅指蛋 白的地方發(fā)生了突變，296 位甘氨酸突變?yōu)榻z氨酸 (G296S)，從而削弱了其與 DNA 結(jié)合的能力和轉(zhuǎn) 錄活性，并且丟失了其與相互作用蛋白 TBX5 結(jié)合 的 能力，另一種突變， 359 位谷氨酸的缺失 (E359del)也造成 GATA4 轉(zhuǎn)錄活性的失活，從而造 成心臟房間隔缺損47-48這也從臨床數(shù)據(jù)顯示了 GATA4 基因?qū)τ谛呐K發(fā)生的重要性GATA5在斑馬魚中，GATA5 的缺失會(huì)導(dǎo)致心臟發(fā)育 異常，類似于 GATA4 缺失小鼠心臟二分叉的表 型，并有心肌細(xì)胞數(shù)量減少的表型，然

22、而在小鼠中 GATA5 的缺失卻沒有造成心臟發(fā)育異常，而只是 在雌性小鼠中產(chǎn)生泌尿生殖管發(fā)育異常，如陰道、 子 宮 和 尿 道 49-50， 說 明 在 進(jìn) 化中不同物種的 GATA4 和 GATA5 可能被賦予不同的 功 能 GATA5 在小鼠胚胎發(fā)育過程中最先表達(dá)于心臟， 隨后是肺和泌尿生殖系統(tǒng)，并且 GATA4、6 在心 臟發(fā)育過程同 GATA5 的表達(dá)范圍相似，說明其他 GATA 因子可能對(duì) GATA5 功能的缺失能起到彌補(bǔ) 作用雖然 GATA5 和 GATA6 在發(fā)育中的泌尿生 殖嵴也有共表達(dá)，但是其功能在此可能并不完全對(duì) 應(yīng)51-52隨后在斑馬魚的研究中發(fā)現(xiàn)，GATA5 和 GAT

23、A6 通過協(xié)同作用來調(diào)節(jié)心臟祖細(xì)胞的生成， 若同時(shí)敲除這兩個(gè) GATA 基因，心臟將不能形成， 而重新單獨(dú)表達(dá) GATA5 或 GATA6 都能恢復(fù)心肌 細(xì)胞形成的能力 53 在 斑 馬魚胚胎中過表達(dá) GATA5 和 Smarcd3b 能夠以細(xì)胞自主性的方式促進(jìn) 心肌細(xì)胞的分化，產(chǎn)生增 大 的 心 臟 54 雖 然 GATA5-/- 小鼠沒有明顯的 心臟缺陷，但是 GATA5-/-GATA4+/- 小鼠卻在胚胎期就出現(xiàn)了嚴(yán)重的心臟發(fā)育缺陷，其原因在于心肌細(xì)胞的增殖受到抑 制 55 而 GATA5+/-GATA4+/- 和 GATA5+/-GATA6+/-的小鼠都表現(xiàn)了心臟流出道的發(fā)育缺陷，如右

24、室雙 出口(DORV)和室間隔缺陷56在體外對(duì)小鼠胚胎 干細(xì)胞分化的實(shí)驗(yàn)中，過表達(dá) GATA5 能夠促進(jìn)胚 胎干細(xì)胞分化為心肌細(xì)胞并表達(dá)心肌細(xì)胞特有蛋 白，同時(shí)這些細(xì)胞能夠表現(xiàn)出心肌細(xì)胞的生理活 性，而且 GATA5 的表達(dá)能使 GATA4 和 GATA6 的表達(dá)量升高57這些結(jié)果都說明了相對(duì)于斑馬魚 中，小鼠中 GATA5 的功能缺失更能夠被 GATA4 和 GATA6 所彌補(bǔ)，并且 GATA5 可能做為一個(gè)關(guān) 鍵的調(diào)節(jié)子同 GATA4 和 GATA6 相互協(xié)同來調(diào)節(jié) 心臟的形成GATA6GATA6-/- 小鼠死亡于 E6.5 到 E7.5 天心臟形成 之前，這些突變胚胎的內(nèi)臟內(nèi) 胚 層 (

25、visceral endoderm， VE) 和 胚 外 內(nèi) 胚 層 (extraembryonic endoderm，EE)分化都受到了抑制，產(chǎn)生缺陷的范 圍都與 GATA6 早期在原始內(nèi)胚層的表達(dá)范圍相一 致，并且這些突變小鼠的兩個(gè)重要的內(nèi)胚層轉(zhuǎn)錄因 子 GATA4 和 HNF4 的表達(dá)都嚴(yán)重下降 37, 58 將 GATA6-/- 胚胎干細(xì)胞注射入小鼠囊胚后其所形成的 嵌合小鼠中，GATA6-/- 細(xì)胞唯獨(dú)不能夠分化形成內(nèi) 胚層來源的氣管上皮細(xì)胞，這些突變細(xì)胞能夠很好 地參與心臟的形成以及心肌細(xì)胞的分化，GATA6-/- 胚胎干細(xì)胞來源的胚胎體分化也表明其不能分化形 成內(nèi)臟內(nèi)胚層，并且嚴(yán)

26、重降低了一些早期和晚期的 內(nèi)胚層轉(zhuǎn)錄因子 的 表 達(dá) ， 如 GATA4、 HNF4、 AFP、HNF358雜合的 GATA4+/-GATA6+/- 小鼠死于 E13.5 天，表現(xiàn)出嚴(yán)重的心血管發(fā)育缺陷，如心 肌 變 薄 、 隔膜與平滑肌發(fā)育 受到抑制，并且 MEF2C 和 -MHC 的表達(dá)都明顯下降59在小鼠 中，利用四倍 體補(bǔ)償技術(shù)克服 GATA6-/- 和 GATA4-/- 小鼠胚外內(nèi)胚層形成缺陷，研究其在心臟 發(fā)育中的作用，發(fā)現(xiàn) GATA6 對(duì)于心肌細(xì)胞發(fā)育過 程中轉(zhuǎn)錄因子網(wǎng)絡(luò)的正常表達(dá)是不可缺少的60研 究 證 實(shí) ， GATA6 能 夠 結(jié) 合 于 BMP4 啟 動(dòng) 子 的 GAT

27、A 結(jié)合位點(diǎn)來調(diào)節(jié) BMP4 的表達(dá)，而且在斑 馬魚中 BMP 信號(hào)的抑制能表現(xiàn)出同 GATA6-/- 斑馬 魚類似的表型，說明 GATA6 可能通過調(diào)節(jié) BMP 信 號(hào) 來影響心臟的發(fā)育 61-62 這也提示說明， GATA4-/- 或 GATA6-/- 胚胎干細(xì)胞在注射到野生型 囊胚后能夠正常地參與心臟的形成，有可能是由于 這些突變細(xì)胞可以從周圍細(xì) 胞或血清中獲得 BMP4如最近的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在無血清培養(yǎng)條件 下，GATA4 和 GATA6 都能有效促進(jìn)心肌細(xì)胞發(fā) 育過程中遺傳網(wǎng)絡(luò)的形成，從而促進(jìn)心肌細(xì)胞的形 成57GATA6 的表達(dá)隨著心肌祖細(xì)胞的分化而下 降，說明 GATA6 的作用有

28、可能是維持其未分化狀 態(tài)在斑馬魚中過表達(dá) GATA6 抑制了心臟祖細(xì)胞 的分化，但不影響心臟祖細(xì)胞的形成，在這些過表 達(dá)的細(xì)胞中再敲降 GATA6，心肌細(xì)胞的分化又能 正常進(jìn)行，只是形成的心肌細(xì)胞有所增多，說明這 些分化受抑制的細(xì)胞能夠繼續(xù)增殖63在臨床上有 報(bào)道稱，GATA6 的突變能造成永存動(dòng)脈干(PTA)的 產(chǎn)生，由于突變的 GATA6 蛋白失去了對(duì)信號(hào)素 (SEMA3C)及其受體(PLXNA2)的轉(zhuǎn)錄激活，從而揭 示 GATA6 也可以通過 semaphorin-plexin 信號(hào)來調(diào) 節(jié)心臟的發(fā)生642 GATA 因子誘導(dǎo)細(xì)胞重編程2.1 GATA 因子與細(xì)胞轉(zhuǎn)分化早在幾十年前，人們

29、就利用過表達(dá)特定的轉(zhuǎn)錄 因子實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞譜系間的轉(zhuǎn)換65作為一種有效的 研究細(xì)胞命運(yùn)選擇和再生醫(yī)療的手段，近年來隨著 誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞(iPSC)研究的飛速發(fā)展，細(xì)胞轉(zhuǎn) 分 化 (transdifferentiation) 或 細(xì)胞譜系轉(zhuǎn)決定 (transdetermination)的研究也取得了巨大成就由 于 GATA 轉(zhuǎn)錄因子在特定細(xì)胞譜系中的表達(dá)，它 們也被用來研究其在細(xì)胞譜系轉(zhuǎn)換中的作用，早在 1995 年就有報(bào)道稱 GATA1 可以被用來重編程骨髓 單核細(xì)胞系分化成為紅細(xì)胞、 嗜酸性粒細(xì)胞 GATA1 表達(dá)于早期造血祖細(xì)胞，而在骨髓單核譜 系決定發(fā)生時(shí)表達(dá)急劇下降，但其在紅細(xì)胞、嗜酸

30、性粒細(xì)胞中仍然持續(xù)表達(dá)在骨髓單核細(xì)胞系里過 表達(dá) GATA1 后抑制了骨髓單核細(xì)胞特異的基因表 達(dá)，從而阻止了其分化為骨髓單核細(xì)胞，轉(zhuǎn)而分化 為紅細(xì)胞或嗜酸性粒細(xì)胞66GATA4 連同轉(zhuǎn)錄因 子 MEF2C 和 TBX5 一起能夠使小鼠成纖維細(xì)胞直 接重編程成為分化的心肌細(xì)胞，這些重編程的心肌 細(xì)胞具有同體內(nèi)心肌細(xì)胞相似的基因表達(dá)譜，并且 在表觀遺傳上也接近于體內(nèi)的心肌細(xì)胞，而且表現(xiàn) 出正常心肌細(xì)胞的生理功能特性67GATA4 也能 夠連同另外兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子 Hnf1 和 Foxa3，將小鼠 成纖維細(xì)胞重編程成為有功能的肝細(xì)胞樣細(xì)胞，這 些重編程的細(xì)胞具有同肝細(xì)胞相似的基因表達(dá)譜， 并且在體內(nèi)移

31、植后能夠產(chǎn)生正常的肝細(xì)胞功能68 這都說明 GATA 轉(zhuǎn)錄因子在細(xì)胞命運(yùn)決定和譜系轉(zhuǎn)換之間扮演了重要的作用，但是其如何實(shí)現(xiàn)不同 細(xì)胞類型間轉(zhuǎn)分化的機(jī)制還有待研究，以及 GATA 轉(zhuǎn)錄因子家族中的其他幾個(gè)成員是否同樣有相似的 轉(zhuǎn)分化作用也需要更進(jìn)一步探索2.2 細(xì)胞重編程2006 年日本科學(xué)家 Shinya Yamanaka 等69 報(bào) 道，在小鼠成纖維細(xì)胞中導(dǎo)入 Oct4(O)、Sox2(S)、 Klf4(K)、c-Myc(M)四因子(OSKM)即能誘導(dǎo)其變?yōu)?全能性的干細(xì)胞，并且具有同胚胎干細(xì)胞類似的多 能性性質(zhì)，這些細(xì)胞也被稱為誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞 (induced pluripotent s

32、tem cell， iPSC)69 隨后許多 實(shí)驗(yàn)小組相繼報(bào)道多種能替換 Yamanaka 四因子的 組合，其中 Sox2、Klf4、c-Myc 能夠被其自身家族 蛋白中的某些轉(zhuǎn)錄因子所替代，唯獨(dú) Oct4 不能找 到自身家族蛋白替換70-74雖然隨后發(fā)現(xiàn) Nr5a2、 E-cadherin、Tet1 能夠替換 Oct4 完成小鼠重編程的 誘導(dǎo)，但是都沒有具體的分子機(jī)制來闡述其作用 原理，因而 Oct4 在重編程過程中的作用顯得尤為 重要75-78傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，干性因子在多能干細(xì)胞中高表 達(dá)，并且同決定分化的譜系決定因子相互拮抗并抑 制其表達(dá)，從而使得多能性細(xì)胞維持著一個(gè)干性網(wǎng) 絡(luò)而保持多能性

33、，例如譜系因子高表達(dá)會(huì)破壞干性 網(wǎng)絡(luò)使多能性細(xì)胞開始分化而 Oct4 被認(rèn)為是維 持干細(xì)胞多能性最重要的因子之一，在分離胚胎干 細(xì)胞和小鼠多能性細(xì)胞形成中都是不可或缺的71 然而在 2011 年 Kyle M. Loh 和 Bing Lim72提出了多 能性因子本身具有使多能性細(xì)胞向特定譜系分化的 能力，這些因子在多能性細(xì)胞中相互持續(xù)對(duì)抗，從 而使細(xì)胞維持在多能性狀態(tài) 同 年 ， Sharad Ramanathan 實(shí)驗(yàn)室即證實(shí)，Oct4 能促進(jìn)胚胎干細(xì) 胞(ESC)往中內(nèi)胚層分化，而 Sox2 能促進(jìn) ESC 往 神經(jīng)外胚層分化，在維持胚胎干細(xì)胞多能性狀態(tài)時(shí) Oct4 和 Sox2 則相互抑

34、制對(duì)方的表達(dá)73.2.3 GATA 因子誘導(dǎo)產(chǎn)生細(xì)胞多能性2013 年我們實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了調(diào)控中 內(nèi) 胚 層 (mesendoderm， ME) 發(fā)育和分化的因子 GATA3、 GATA4、GATA6 能夠在小鼠體細(xì)胞重編程中替換 Yamanaka 四因子中的 Oct4，并且具有同 OSKM 四 因子相當(dāng)甚至更高的重編程效率，同時(shí)提出了重編 程的 “ 蹺蹺板” 模型 在此模型中， 中內(nèi)胚層 (ME) 譜 系 分 化 因 子 的 GATA3、 4、 6 與 外 胚 層 (ectoderm，ECT)發(fā)育和分化因子能在重編程過程 中相互抑制和抗衡，這種相互作用的關(guān)系決定了細(xì)胞命運(yùn)的轉(zhuǎn)變和干性的維持(圖

35、2，)74這一模 型的提出改變了傳統(tǒng)觀念認(rèn)為向目標(biāo)細(xì)胞轉(zhuǎn)變就需 要高表達(dá)目標(biāo)細(xì)胞特定的轉(zhuǎn)錄因子，為細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn) 變的研究提供了新的視角同年， Montserrat 等75 報(bào)道在人體細(xì)胞中利用相同的 譜 系 分 化 因 子 GATA3、4、6，能夠替換 OCT4 將體細(xì)胞成功重 編程為多功能干細(xì)胞，這也證明了“蹺蹺板”模型 在不同物種間的普適性多能性狀態(tài)表觀遺傳調(diào)節(jié)子多能性基因外胚層因子GATA 轉(zhuǎn)錄因子中內(nèi)胚層因子Fig. 2 A diagram illustrating the roles of GATA transcription factors in reprogramming to p

36、luripotency and lineage specification圖 2 圖示 GATA 轉(zhuǎn)錄因子在重編程和譜系決定中的作用: GATA 轉(zhuǎn)錄因子在重編程過程中抑制外胚層因子的分化力量使 細(xì)胞進(jìn)入多能性狀態(tài): GATA 轉(zhuǎn)錄因子激活多能性基因建立重 編程多能性網(wǎng)絡(luò)，使細(xì)胞進(jìn)入多能性狀態(tài): GATA 轉(zhuǎn)錄因子通 過調(diào)節(jié)表觀遺傳因子改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞進(jìn)入多能性狀態(tài) : GATA 轉(zhuǎn)錄因子激活中內(nèi)胚層因子，使細(xì)胞向中內(nèi)胚層分化在細(xì)胞重編程過程中， GATA3、 4、 6 與 Nr5a2 發(fā)揮不同的作用，GATA 轉(zhuǎn)錄因子并未直接 結(jié)合到 OCT4 啟動(dòng)子區(qū)域來直接激活其表達(dá)(未發(fā) 表數(shù)據(jù)

37、)，說明 GATA 轉(zhuǎn)錄因子有一套獨(dú)特的激活 干性基因表達(dá)的方式GATA 家族轉(zhuǎn)錄因子在各物 種間都具有高度的保守性，從結(jié)構(gòu)上觀察，它們都 具 有 高 度 保 守 的 兩 個(gè) C2C2 型 (Cys-X2-Cys-X17- Cys-X2-Cys)鋅指結(jié)構(gòu)(圖 1)，并且能特異識(shí)別 DNA 序列 WGATAR(W=A 或 T，R=A 或 G)，這兩個(gè)結(jié) 構(gòu)域?qū)τ谄涔δ芷鸬搅酥陵P(guān)重要的作用76之前的研究報(bào)道稱這兩個(gè)鋅 指結(jié)構(gòu)具有不同的功能， C-finger 主要與 DNA 結(jié)合，而 N-finger 主要是和 相互作用蛋白結(jié)合77-78，但是也有報(bào)道稱 N-finger 對(duì)于 DNA 結(jié)合的特異

38、性和穩(wěn)定性也有所貢獻(xiàn)79-80. 在 Th2 細(xì)胞發(fā)育過程中，將 GATA3 的 C-finger 刪 除后嚴(yán)重影響了 IL-4/IL-13 基因位點(diǎn)的染色質(zhì)重 塑，從而使 IL-4/IL-13 細(xì)胞因子的產(chǎn)生減少，而刪 除 N-finger 卻沒有影響81同樣，在巨核細(xì)胞分化 過程中，GATA1 和 GATA2 的 C-finger 也顯示出 比 N-finger 更加重要的作用，只需要跨越 C-finger 的 69 個(gè)氨基酸即可以誘導(dǎo)巨核細(xì)胞分化，雖然效 率有所降低82在細(xì)胞重編程過程中，針對(duì)這兩個(gè) 結(jié)構(gòu)域是否發(fā)揮著不同功能，我們實(shí)驗(yàn)室從 GATA 轉(zhuǎn)錄因子結(jié)構(gòu)上做了分析通過將不同長(zhǎng)度片

39、段進(jìn) 行刪除，發(fā)現(xiàn)只需要 GATA 轉(zhuǎn)錄因子的兩個(gè)鋅指 結(jié)構(gòu)域就可以同 SKM 一起將體細(xì)胞重編程，并且 C-finger 中的 DNA 結(jié)合位點(diǎn)起到了重要作用，若 將其突變則大大降低了重編程效率，而將 N-finger 的 DNA 結(jié)合位點(diǎn)突變卻幾乎不會(huì)影響，若同時(shí)突 變兩個(gè) finger 的 DNA 結(jié)合位點(diǎn)得到的結(jié)果和突變 C-finger 的結(jié)果類似(未發(fā)表數(shù)據(jù))這都說明了在 細(xì)胞重編程過程中，GATA 轉(zhuǎn)錄因子是主要通過 C-finger 中的 DNA 結(jié)合位點(diǎn)來發(fā)揮作用的從已報(bào)道的 GATA3 的三維結(jié)構(gòu)來看，它與 DNA 相互結(jié)合的形式有兩類第一類形式是兩個(gè) 鋅指結(jié)構(gòu)域結(jié)合在一個(gè)

40、 GATA 回文序列上，從而 增強(qiáng)其與 DNA 結(jié)合的強(qiáng)度以及動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性另 外一類形式中，兩個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)結(jié)合在不同 DNA 分 子上，從而使得分開的兩個(gè) DNA 分子相互靠攏， 即 DNA 節(jié)環(huán)(DNA looping)，也實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離相互 作用(long-range interaction)83這種 DNA 的遠(yuǎn)距離 相互作用，在基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)中具有重要作用利 用染色體構(gòu)型捕獲技術(shù)(chromosome conformation capture)發(fā)現(xiàn)，GATA1同其相互作用蛋白 FOG1 能 夠使染色質(zhì)節(jié)環(huán)，從而使距離較遠(yuǎn)的 -globin 啟動(dòng) 子和增強(qiáng)子相互靠攏，以調(diào)節(jié) -globin

41、基因的表 達(dá)84在 Th2 細(xì)胞發(fā)育過程中，GATA3 也同樣在 Th2 細(xì)胞因子轉(zhuǎn)座子控制區(qū)(locus control region)和 啟動(dòng)子遠(yuǎn)距離相互作用的建立和維持過程中發(fā)揮了 重要的功能85-86 在紅細(xì)胞發(fā)育和分化過程中， GATA1 和 GATA2 通過在 KIT 基因位點(diǎn)的替換來 建立不同形式染色質(zhì)節(jié)環(huán)，從而調(diào)節(jié) KIT 基因的 表達(dá)在紅細(xì)胞祖細(xì)胞中，GATA2 和 FOG1 形成 復(fù)合物將 KIT 基因的增強(qiáng)子和啟動(dòng)子相互拉攏，從而促進(jìn) KIT 基因的轉(zhuǎn)錄而在紅細(xì)胞成熟分化 階 段 ， GATA2 被 GATA1 替 換 ， 并 且 GATA1- FOG1 復(fù)合物將 KIT

42、 基因啟動(dòng)子區(qū)同下游原件聯(lián)結(jié) 靠攏形成一個(gè)新的 DNA 節(jié)環(huán)，從而抑制 KIT 基因 的轉(zhuǎn)錄表達(dá)87這暗示 GATA 轉(zhuǎn)錄因子可能在重 編程過程中，也可能通過遠(yuǎn)距離 DNA 相互作用或 DNA 節(jié)環(huán)這種染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重塑的方式來重新建立 多能性基因表達(dá)模式染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)對(duì)于其中基因的表達(dá)有著至關(guān)重 要的作用，真核生物的染色質(zhì)都經(jīng)過纏繞在組蛋白 上而使 2 m 長(zhǎng)的染色質(zhì)緊縮在只有微米級(jí)別的細(xì)胞 核內(nèi)而緊縮的染色質(zhì)并不利于轉(zhuǎn)錄因子和轉(zhuǎn)錄酶 的結(jié)合，但是有一類轉(zhuǎn)錄因子能夠直接結(jié)合并打開 緊縮的染色質(zhì)，使處于該處的基因被隨后相應(yīng)的轉(zhuǎn) 錄因子所激活， 這類轉(zhuǎn)錄因子被稱為先驅(qū)因子 (pioneer facto

43、r)早在 1998 年，Boyes 等88就發(fā)現(xiàn) 在體外重建的核小體模型中，GATA1 能夠破壞組 蛋白和 DNA 之間形成的核小體結(jié)構(gòu)，使得組蛋白 和 DNA 分離形成暴露的 DNA 分子，即從緊縮沉 默的狀態(tài)變?yōu)榇蜷_的活性狀態(tài)2002 年，Zaret 等 通過同樣類似的體外模型構(gòu)建了攜帶肝臟細(xì)胞表達(dá) 的 Albumin 基因增強(qiáng)子的核小體，發(fā)現(xiàn) GATA4 能 夠?qū)⒕o縮的核小體結(jié)構(gòu)打開，并且在 HNF3 存在的 情況下能夠增強(qiáng) GATA4 打開這種緊縮染色質(zhì)的效 率89在腫瘤發(fā)生中，GATA2 和 GATA3 都能作 為先驅(qū)因子在前列腺癌和乳腺癌中促進(jìn)相關(guān)基因的 表達(dá)90說明 GATA 轉(zhuǎn)

44、錄因子作為打開緊縮狀態(tài) 染色質(zhì)的先驅(qū)因子，在多種細(xì)胞類型和組織發(fā)育中 都發(fā)揮著重要作用，但是在細(xì)胞重編程過程中它們 是否也履行相似 的職責(zé)卻還不清楚 2012 年 ， Zaret 等91研究 OSKM 在細(xì)胞重編程過程中的作用， 發(fā)現(xiàn) O、S、K 可以作為先驅(qū)因子先于 c-Myc 結(jié)合 到許多緊縮狀態(tài)的并且與重編程相關(guān)的基因區(qū)域， 這些染色質(zhì)區(qū)域都缺乏活性狀態(tài)的甲基化標(biāo)志物， 如： H3K4me2、 H3K4me3、 H3K9ac 和 H3K27ac. O、S、K 的結(jié)合使這些緊縮染色質(zhì)被打開，相關(guān) 轉(zhuǎn)錄因子和轉(zhuǎn)錄酶得以進(jìn)入，從而起始基因的轉(zhuǎn) 錄GATA 轉(zhuǎn)錄因子作為在發(fā)育過程中一類重要的 染

45、色質(zhì)重塑因子，不僅能夠發(fā)揮 DNA 節(jié)環(huán)的作 用，而且能夠作為先驅(qū)因子疏松緊縮狀態(tài)的染色 質(zhì)，從而可以在分子水平影響細(xì)胞基因的表達(dá)然 而在細(xì)胞重編程過程中，GATA 轉(zhuǎn)錄因子是否也能 夠發(fā)揮相似的功能來完成細(xì)胞命運(yùn)的轉(zhuǎn)變，這將會(huì) 是一個(gè)很有意義的探索方向2013 年，Uri Ben-David 等92同期發(fā)表評(píng)論稱 “蹺蹺板”模型中的譜系因子也許并不只在重編程 中抑制相對(duì)胚層基因的表達(dá)來完成重編程，它們可 能還發(fā)揮著其他直接激活內(nèi)源多能性基因的作用 Gmnn，作為外胚層譜系分化因子，在“蹺蹺板” 模型中能夠替換 Sox2 將體細(xì)胞重編程，但也表達(dá) 在未分化的多能性細(xì)胞中，并且能夠通過拮抗染色

46、質(zhì)重塑因子 Brg1 來維持 Oct4、Sox2 和 Nanog 的 表達(dá)93這一現(xiàn)象說明，作為譜系分化因子，它們 自身可能在重編程中具有直接激活內(nèi)源的多能性因 子的能力，從而建立起多能性干性網(wǎng)絡(luò)我們實(shí)驗(yàn) 室 RNA-sequencing 的結(jié)果也顯示，GATA 轉(zhuǎn)錄因 子在重編程早期就能夠激活多種多能性因子，如： Sox2、 Lin28、 Esrrb ( 未 發(fā) 表 數(shù) 據(jù) )2012 年 ， Rudolf Jaenisch 實(shí)驗(yàn)室通過單細(xì)胞測(cè)序發(fā)表論文 稱，早期激活的內(nèi)源 Sox2 啟動(dòng)了最終的整個(gè)多能 性網(wǎng)絡(luò)的建立70這些結(jié)果都說明 GATA 轉(zhuǎn)錄因 子能夠在重編程過程中直接激活多能性網(wǎng)

47、絡(luò)中的關(guān) 鍵因子(圖 2，)，從而建立多能性網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)細(xì) 胞命運(yùn)的轉(zhuǎn)變2.4展望與未來過去對(duì) GATA 轉(zhuǎn)錄因子作用的研究主要集中 在造血系統(tǒng)(GATA1、2、3)和心臟(GATA4、5、6) 的發(fā)育及分化，人們對(duì)其也有了比較深入的了解 (圖 2，)然而近年來發(fā)現(xiàn)，它們作為譜系分化 因子在細(xì)胞轉(zhuǎn)分化和重編程過程中同樣扮演了至關(guān) 重要的角色，異位表達(dá) GATA1 能夠重編程骨髓單 核細(xì)胞系成為紅細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞，而阻止了其 向骨髓單核細(xì)胞分化66GATA4 轉(zhuǎn)錄因子，也被 用來將體細(xì)胞重編程為心肌細(xì)胞67然而目前卻沒 有相關(guān)機(jī)制來解釋它們是如何將細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為另一 種細(xì)胞，GATA 家族的其他轉(zhuǎn)

48、錄因子是否也有類似 的作用目前也不得而知根據(jù)“蹺蹺板”模型， GATA 轉(zhuǎn)錄因子作為 ME 譜系分化因子在體細(xì)胞重 編程為多能性細(xì)胞過程中抑制了 ECT 譜系分化因 子的力量，從而使得兩股力量達(dá)到平衡，繼而使細(xì) 胞達(dá)到多能性狀態(tài)(圖 2，)在轉(zhuǎn)分化過程中， GATA 轉(zhuǎn)錄因子是否也能夠直接抑制相對(duì)分化方向 的分化力量，從而使細(xì)胞改變分化道路？從本課題 組最新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，在體細(xì)胞重編程過程中， GATA 轉(zhuǎn)錄因子作為譜系分化因子不僅能夠抑制其 他譜系分化因子的分化力量，而且能夠直接激活細(xì) 胞的多能性關(guān)鍵基因，從而促進(jìn)多能性網(wǎng)絡(luò)的建 立，這也說明了 GATA 轉(zhuǎn)錄因子在重編程過程中的作用并不是

49、單一的在分化過程中，GATA 轉(zhuǎn)錄 因子在染色質(zhì)重塑上發(fā)揮著重要的作用，是否在重 編程過程中也發(fā)揮著類似的作用？(圖 2，)它們 是否通過改變?nèi)旧|(zhì)的結(jié)構(gòu)，如 DNA 節(jié)環(huán)、遠(yuǎn)距 離相互作用、打開緊縮染色質(zhì)等方式來改變細(xì)胞染 色質(zhì)結(jié)構(gòu)從而改變基因網(wǎng)絡(luò)？這些都是需要進(jìn)一步 探索的問題DNA 甲基化和去甲基化對(duì)于基因的 表達(dá)起著決定性作用，例如 Tet1 作為關(guān)鍵的 DNA 甲基化調(diào)節(jié)因子在重編程中能夠?qū)?Oct4 基因位點(diǎn) 去甲基化，從而激活這一關(guān)鍵多能基因的表達(dá)94 GATA 轉(zhuǎn)錄因子是否也能夠通過調(diào)節(jié)這類表觀遺傳 因子的表達(dá)，從而在基因組范圍內(nèi)改變多能性基因 的表觀遺傳性質(zhì)來建立多能性網(wǎng)絡(luò)？

50、這或許也是闡 述 GATA 轉(zhuǎn)錄因子在重編程過程中作用的另一種 可能通過上面對(duì) GATA 轉(zhuǎn)錄因子的概述以及我 們實(shí)驗(yàn)室最新的研究結(jié)果顯示，GATA 轉(zhuǎn)錄因子除 了在分化中發(fā)揮作用以外，在細(xì)胞重編程和轉(zhuǎn)分化 過程中發(fā)揮了讓人意想不到的作用，說明了 GATA 家族轉(zhuǎn)錄因子的作用在過去被遠(yuǎn)遠(yuǎn)低估，同時(shí)也呈 現(xiàn)出更多的問題等待我們的回答參考文獻(xiàn)1 Mackay J P, Kowalski K, Fox A H, et al. Involvement of the N-finger in the Self-association of GATA-1. J Cell Biol, 1998, 273(46

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