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、肝臟微環境及細胞內信號通路的精密調控。然而，其潛在的分子機制并不完全清楚。
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今年9月，四川大學華西醫院曾勇教授團隊在 Signal transduction and target therapy（STTT） 發表文章“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成功地將肝臟質量和功能恢復至損傷前狀態。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的患者，因切除肝臟體積過大易出現肝衰竭，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實意義。
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有研究顯示組蛋白乙?；?、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控機制。組蛋白甲基化酶MDIG，主要包含一個保守的JmjC區域，能夠去甲基化H3K9me3。有研究表明MDIG在調控細胞周期促進細胞增殖中發揮重要作用。這里，我們探索和驗證了MDIG在肝再生過程中發揮的作用及可能的機制。
研究結果
首先，在正常小鼠的肝再生模型中，我們發現MDIG的表達呈現先升高再降低的趨勢，而H3K9me3則呈相反趨勢，同時我們發現在肝再生過程中，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區向近門管區擴展。因此，初步推測MDIG可能通過發揮去甲基化H3K9me3的特性參與小鼠肝再生過程。接著，我們構建了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。結果顯示，當敲除MDIG后，術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測序并驗證后發現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對細胞增值調控的作用（圖3）。
進一步采用ATAC、CUT&Tag等技術發現敲除MDIG的小鼠，其再生肝臟中 OTX2 位點的染色質可及性降低，MYC 位點染色質可及性卻并未改變。結合動物和細胞數據的驗證，我們得出MDIG是通過在轉錄因子OTX2啟動子區域去甲基化H3K9me3從而改變染色質的可及性以促進OTX2的轉錄（圖4）。
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進一步研究發現，OTX2的表達上調使其能夠結合MYC啟動子區進而增加MYC的表達。相應的，MDIG的缺失則會導致OTX2在MYC啟動子區的結合降低，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三者之間的調控關系，我們通過細胞和動物實驗證明，MDIG通過上調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的上游分子從而調控MDIG的表達。結果表明，MYC能夠通過調節 MDIG 啟動子活性來增強 MDIG 表達，從而整體上形成MYC-MDIG正反饋環循環以維持肝細胞增殖。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，充分證明了上述結論的準確性（圖7）。
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綜上，本研究中我們發現肝再生過程中的表觀遺傳因子MDIG能夠通過調控組蛋白甲基化改變染色質的可及性進而在肝再生過程中發揮重要作用，為肝再生過程中的表觀轉錄組調控提供了重要依據。
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???????第一作者
杜錦鵬，博士畢業于四川大學華西醫學院，研究方向為肝臟腫瘤及肝再生的臨床與基礎研究。