近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院郑辉团队在Advanced Science期刊发表了题为“Enhanced Activities of OCT4 and SOX2 Promote Epigenetic Reprogramming by Shortening G1 Phase”的研究论文。该研究揭示了通过调控细胞周期影响表观遗传修饰、进而促进体细胞重编程为诱导多能干细胞（iPSCs）的新机制，为深入理解细胞命运转变提供了新思路。

研究首先通过将转录激活域VP16（源自疱疹病毒）融合到两个关键转录因子OCT4和SOX2上，构建出增强型因子组合OvSvK（OCT4-VP16/SOX2-VP16/KLF4）。结果发现，相对于经典转录因子组合OSK（OCT4/SOX2/KLF4），OvSvK新组合在重编程第4天就能诱导出具有生殖系嵌合能力的iPSCs，重编程速度远超传统方法。紧接着单细胞测序和实验表明，OvSvK能够显著调控细胞周期结构改变——缩短DNA合成前期(G1期)、延长DNA合成期(S期)，从而快速建立与胚胎干细胞类似的周期模式。通过siRNA文库对细胞周期基因的筛选，团队获得在OSK体系过表达细胞周期蛋白E1 基因（Ccne1）同时敲降G1/S-特异性周期蛋白-D1（Ccnd1）和多重肿瘤抑制基因（Cdkn2a）的因子组合（CCC）。该组合同样可影响细胞周期结构、加速重编程，进一步确认了细胞周期调控在重编程过程中扮演重要角色。

随后，研究比较分析OSK和OvSvK体系中基因表达、染色质开放水平、以及组蛋白甲基化、乙酰化等表观遗传修饰的异同。发现在OvSvK中高表达、但并不是被OS（OCT4/SOX2）直接调控的下游基因具有较低的H3K27me3（组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化）修饰水平。有趣的是，这些基因的表达和表观修饰水平在CCC体系中具有相似现象，暗示细胞周期结构改变影响表观修饰在子代细胞的遗传。已有研究表明，染色质在复制之后，新合成染色质上的表观遗传修饰（如DNA甲基化、组蛋白修饰等）需要经历S期‌和‌G2期‌到‌M期‌的转变（S-G2/M）后、在子代细胞G1中逐渐恢复。但是这种表观遗传修饰的延迟恢复对细胞命运的调控尚未有报道。紧接着，本研究结合荧光泛素化细胞周期指示系统（Fucci）以及图像识别等方法，分析重编程中处于不同细胞周期细胞的表观遗传修饰水平，揭示OvSvK的G1期缩短阻碍H3K27me3恢复，进而促进基因表达水平的提高。

综上所述，该研究阐明了OvSvK快速重编程机制，一方面融合VP16促进OS直接下游基因的表达；另一方面通过改变细胞周期结构、影响组蛋白H3K27me3对非OS直接下游基因表达的调控。该研究为理解细胞周期影响表观遗传修饰，进而促进细胞命运转变提供了新视角，也为深入理解重编程机制提供了理论支持。

广州健康院郑辉研究员和郭琳副研究员、西湖大学裴端卿教授为该论文的共同通讯作者，郭琳副研究员为第一作者。研究项目得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省和广州市科技项目以及InnoHK等项目的经费支持。

OvSvK促进重编程机制示意图