2022年8月23日，浙江大学爱丁堡大学联合学院（ZJE）刘琬璐课题组和浙江大学医学院梁洪青课题组、张丹课题组、以及广东省实验室Yun-Shen Chan课题组联合在Cell Reports 上发表题为Krüppel-like factor 5 rewires NANOG regulatory network to activate human naïve pluripotency specific LTR7Ys and promote naïve pluripotency 的长文，揭示了人类胚胎植入前后分别活跃表达的LTR7Y和LTR7，作为HERVH亚家族的两个不同LTR元件，是如何分别被naïve和primed转录调控网络特异性激活，并调节不同多能性状态干细胞的发育潜能。
浙江大学医学院博士生艾志鹏，ZJE生物信息学专业博士生相欣雨，浙江大学医学院博士生向阳泉，浙江大学医学院附属妇产科医院钱羽力副主任以及新加坡基因组研究所Iwona Szczerbinska博士为共同一作。ZJE生物信息学专业大四本科生苏雅琪和ZJE生物信息学专业博士生高兵为论文参与作者。ZJE陈迪研究员、浙江大学杨小杭教授、马骏教授、徐鹏飞和许志宏研究员等提供了支持和帮助。
人类早期胚胎的单细胞转录组分析数据显示，在不同胚胎发育阶段， ERV不同亚家族成员具有胚胎阶段特异性的激活【1】。其中在植入前和植入后囊胚，以及分别对应的naïve和primed多能性干细胞中，LTR7Y和LTR7分别被激活。该研究通过筛选，鉴定了KLFs家族的KLF4/KLF5可以特异性激活基因组中的LTR7Y拷贝，但并不能激活LTR7相关拷贝。
研究人员进一步联合运用RNA-seq、ChIP-seq、CUT&Tag以及ATAC-seq等多组学技术，发现LTR7Y和LTR7的序列虽然高度保守，但其中具有KLF5保守结合位点的差异；这使得LTR7Y可以被KLF5和NANOG共同结合，而LTR7只能被NANOG结合。进一步的实验证明，在primed向naïve多能性转变的过程中，KLF5可以重塑NANOG的结合偏好性，将其从primed特异的LTR7位点上，转移至naïve特异的LTR7Y位点上。在这一过程中，KLF5发挥了先驱因子的作用，通过增强LTR7Y区域的染色质开放性，招募NANOG及P300在LTR7Y上的结合，从而在naïve状态激活LTR7Y。
更有意思的是，naïve多能性状态下KLF5对于LTR7Y的激活可以增强LTR7Y周围naïve多能性基因的表达。这些基因中包含了滋养外胚层的关键转录调控因子。研究进一步通过CRISPR激活和抑制实验证明，对LTR7Y位点的操纵可以影响部分KLF5下游滋养外胚层相关基因的表达。同时CRISPRa对LTR7Y的激活也可以加速胚胎干细胞向滋养外胚层的分化。
综上，本研究以植入前和植入后囊胚分别开启的LTR7Y和LTR7为对象，深入研究并发现了KLF5与NANOG协同并特异性激活LTR7Y顺式调控功能，从而促进人类naïve多能性，并拓展了胚胎干细胞向滋养外胚层细胞分化的潜能。这不仅对于理解不同ERV亚家族在人类早期胚胎发育中特异性调控功能具有重要意义，也提示了从ERV角度理解人类滋养外胚层功能与胚胎植入失败等临床问题的新研究视角。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111240
参考文献
1. Göke, J., Lu, X., Chan, Y.-S., Ng, H.-H., Ly, L.-H., Sachs, F., and Szczerbinska, I. (2015). Dynamic Transcription of Distinct Classes of Endogenous Retroviral Elements Marks Specific Populations of Early Human Embryonic Cells. Cell Stem Cell 16, 135–141.
课题组介绍
About lab
刘琬璐课题组的主要研究方向为表观遗传学、基因组学、生物信息学、干细胞及再生医学，目前正致力于研究转座子的表观调控机制及其在细胞命运决定过程中的作用，实验室也侧重于多组学数据集单细胞数据的生物信息算法、数据库、网页工具等开发。
邮箱：wanluliu@intl.zju.edu.cn；
实验室网址：https://labw.org
