文献分享：Srf destabilizes cellular identity by suppressing celltype-specific gene expression programs  Nature Communications｜

Srf抑制细胞类型特异性基因的表达来破坏细胞身份

（2023级博士研究生刘晗琪）

生物体中所有类型细胞都通过大量的分化事件产生，这些事件涉及细胞身份从一种状态向另一种状态的转变。细胞身份的维持对机体内稳态至关重要，其丧失与衰老和癌症等现象密切相关。血清反应因子（Serum Response Factor，SRF）是一种广泛表达的转录因子，对调控细胞生长、迁移及细胞骨架的稳定至关重要，其在细胞分化的过程中具体如何发挥调控作用尚不明晰。

2018年，日本京都大学Takuya Yamamoto、Keisuke Okita和Shinji Masui共同通讯在Nature Communications发表题为“Srf destabilizes cellular identity by suppressing celltype-specific gene expression programs”的研究论文，该研究证明Srf可以通过抑制细胞类型特异性基因表达程序来破坏细胞身份。研究者们在两种不同细胞类型（神经细胞和肝细胞）中鉴定障碍基因，发现对β-肌动蛋白动力学的操纵通过经典途径激活Srf，而Srf通过直接结合，可部分下调细胞类型特异性基因。小鼠中Srf的失活诱导了与负责维持细胞身份的超级增强子相关的各种病理，提示了Srf失活可能是诱发各种疾病的一种新机制。

图1 细胞类型特异性基因抑制重编程（摘自Nature Communications ）。应用shRNA文库在两种不同的细胞类型（神经细胞和肝细胞）中鉴定障碍基因，发现抑制重编程的因子在不同的细胞类型中是不同的，且具有一定的组织相关性。

图2 β-Actin抑制重编程和Srf活性（摘自Nature Communications）。在shRNA文库筛选出的基因中，选择Actb进行后续研究，发现敲低Actb可有效激活Srf，影响Srf靶基因的表达，同时抑制细胞的重编程。

图3 Srf及其辅因子Mkl1促进重编程（摘自Nature Communications）。研究发现Srf的过表达和敲低都会影响重编程效率，其主要通过包含MADS盒的N末端区域促进重编程，可能是依靠其DNA/辅因子结合功能发挥作用。Srf可以通过Mkl1向下游基因传递G -肌动蛋白库耗竭信号，从而促进重编程。同时研究进一步发现，只有在早期Srf过表达时，重编程才会增强。

图4 Srf优先下调细胞类型特异性基因（摘自Nature Communications）。H3K27ac是组蛋白H3第27个赖氨酸残基的乙酰化形式。这种修饰通过中和组蛋白尾部的正电荷，减少了组蛋白与DNA之间的相互作用强度，从而使得DNA更加容易发生转录。Srf过表达可下调基因启动子区域及其他区域的Srf结合位点附近的H3K27ac水平。在Srf结合位点附近富集到HDAC1/2的基序，提示Srf可能通过与HDACs的协同作用，去除活性增强子/启动子上的组蛋白乙酰化标记，减少目的基因的转录。

       图5 β-Actin-Srf通路诱导亚核室的整体重组（摘自Nature Communications）。通过对Hi-C数据的主成分分析（principal component analysis, PCA），在基因组上绘制不同的亚核区室A和B。Hi-C数据的PCA显示，β-actin缺失和Srf过表达的A-to-B转换区域与重编程为诱导性多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）后观察到的区域重叠良好。

       图6 Srf失活可引起多种疾病（摘自Nature Communications）。研究发现Srf能够下调细胞类型特异性基因的表达，以响应偏离最佳硬度，细胞外刺激可以通过激活Srf抑制细胞的特性。为阐明Srf活性对维持生物体的细胞身份和内环境稳态的重要性，研究者们构建了嵌合小鼠。小鼠模型研究结果提示Srf是多种疾病的危险因素。

图7 Srf通过抑制细胞类型特异性基因而使细胞身份不稳定的示意图（摘自Nature Communications）。Srf优先结合到包含细胞类型特异性基因的开放区域。如Actb表达变化和β-actin聚合动力学等各种信号被转导到Srf。由Mkl1激活的Srf可能通过招募或激活HDACs使周围区域失活。其他通过β-actin非依赖性途径调控Srf的信号也可参与这一调控。在发病机制方面，Srf活性处于生理水平时，细胞类型特异性基因正常表达。而当Srf在非生理水平被激活时，这些基因被抑制，触发细胞和组织的功能障碍，有时可能引起疾病的发生。

总之，该研究表明，细胞的特性不稳定可以被Srf激活。减少G-actin数量的多种信号能够激活Srf，从而调节细胞身份的维持。最后，适当的Srf活性可能对各种疾病的预防至关重要。研究细胞在重编程、再生和各种疾病等多种情况下的细胞身份不稳定，将有助于揭示细胞身份维持的基本机制，并推动细胞重编程和相关应用新技术的开发。