肝再生是一個錯綜復雜的過程，涉及多種細胞類型的增殖，多種細胞因子、肝臟微環(huán)境及細胞內(nèi)信號通路的精密調(diào)控。然而，其潛在的分子機制并不完全清楚。
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今年9月，四川大學華西醫(yī)院曾勇教授團隊在 Signal transduction and target therapy（STTT） 發(fā)表文章“MDIG-Mediated H3K9me3 demethylation Upregulates Myc by Activating OTX2 and Facilitates Liver Regeneration”。在這里，研究人員通過采用MDIG肝臟特異性敲除小鼠建立不同肝損傷模型探索和驗證了組蛋白甲基化酶MDIG在肝再生過程中的生物學功能及其作用機制。
研究背景
哺乳動物肝臟具有強大的再生能力，可以在肝臟受損后的幾周內(nèi)成功地將肝臟質(zhì)量和功能恢復至損傷前狀態(tài)。然而，臨床上存在一部分因外傷、腫瘤、肝硬化等需行部分肝切除術(shù)的患者，因切除肝臟體積過大易出現(xiàn)肝衰竭，嚴重影響患者預后。雖然肝移植是有效治療途徑，但供體不足限制了肝移植的應用。因此，研究肝再生的分子調(diào)控機制，探索新的治療策略對于臨床面臨的困境具有重要的現(xiàn)實意義。
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有研究顯示組蛋白乙酰化、m6A 修飾和 DNA 甲基化相關的表觀遺傳修飾參與肝再生過程。本研究中，我們主要從組蛋白甲基化的角度探索肝再生過程中的調(diào)控機制。組蛋白甲基化酶MDIG，主要包含一個保守的JmjC區(qū)域，能夠去甲基化H3K9me3。有研究表明MDIG在調(diào)控細胞周期促進細胞增殖中發(fā)揮重要作用。這里，我們探索和驗證了MDIG在肝再生過程中發(fā)揮的作用及可能的機制。
研究結(jié)果
首先，在正常小鼠的肝再生模型中，我們發(fā)現(xiàn)MDIG的表達呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢，而H3K9me3則呈相反趨勢，同時我們發(fā)現(xiàn)在肝再生過程中，肝臟細胞和膽管細胞均相應表達MDIG，并且MDIG的表達在整個殘肝恢復過程中從近中央?yún)^(qū)向近門管區(qū)擴展。因此，初步推測MDIG可能通過發(fā)揮去甲基化H3K9me3的特性參與小鼠肝再生過程。接著，我們構(gòu)建了MDIG肝臟特異性敲除小鼠，并在此基礎上建立了2/3肝切除和CCL4急性肝損傷兩種動物模型，分別設立7個不同時間點。結(jié)果顯示，當敲除MDIG后，術(shù)后小鼠殘肝再生速率明顯下降，細胞周期受到影響，肝再生恢復過程受阻，在CCL4模型中也得到了一致的結(jié)果（圖1）。
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為了深入探索MDIG在再生過程中的具體作用機制，我們采用RNA-seq測序并驗證后發(fā)現(xiàn)MYC為MDIG下游的一個關鍵效應子，并在細胞和動物層面證明了MDIG影響肝再生的過程依賴于MYC對細胞增值調(diào)控的作用（圖3）。
進一步采用ATAC、CUT&Tag等技術(shù)發(fā)現(xiàn)敲除MDIG的小鼠，其再生肝臟中 OTX2 位點的染色質(zhì)可及性降低，MYC 位點染色質(zhì)可及性卻并未改變。結(jié)合動物和細胞數(shù)據(jù)的驗證，我們得出MDIG是通過在轉(zhuǎn)錄因子OTX2啟動子區(qū)域去甲基化H3K9me3從而改變?nèi)旧|(zhì)的可及性以促進OTX2的轉(zhuǎn)錄（圖4）。
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進一步研究發(fā)現(xiàn)，OTX2的表達上調(diào)使其能夠結(jié)合MYC啟動子區(qū)進而增加MYC的表達。相應的，MDIG的缺失則會導致OTX2在MYC啟動子區(qū)的結(jié)合降低，進而抑制了MYC的表達（圖5）。
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為了進一步明確MDIG，OTX2，MYC三者之間的調(diào)控關系，我們通過細胞和動物實驗證明，MDIG通過上調(diào)OTX2的表達進而促進MYC的表達（圖6）。
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MDIG又叫做MYC誘導的核抗原（MINA），因此我們接下來探究MYC是否作為MDIG的上游分子從而調(diào)控MDIG的表達。結(jié)果表明，MYC能夠通過調(diào)節(jié) MDIG 啟動子活性來增強 MDIG 表達，從而整體上形成MYC-MDIG正反饋環(huán)循環(huán)以維持肝細胞增殖。最后我們通過過表達小鼠肝臟中的MDIG建立肝切除模型、動物Rescue實驗以及細胞中的反復驗證，充分證明了上述結(jié)論的準確性（圖7）。
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綜上，本研究中我們發(fā)現(xiàn)肝再生過程中的表觀遺傳因子MDIG能夠通過調(diào)控組蛋白甲基化改變?nèi)旧|(zhì)的可及性進而在肝再生過程中發(fā)揮重要作用，為肝再生過程中的表觀轉(zhuǎn)錄組調(diào)控提供了重要依據(jù)。
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本文MYC，OTX2過表達質(zhì)粒，MDIG過表達慢病毒等產(chǎn)品均由吉凱基因提供，助力高水平的科學研究。
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???????第一作者
杜錦鵬，博士畢業(yè)于四川大學華西醫(yī)學院，研究方向為肝臟腫瘤及肝再生的臨床與基礎研究。