Setd1a通过组蛋白修饰调控Uhrf1在视网膜祖细胞存活和增殖中的关键作用

Setd1a Plays Pivotal Roles for the Survival and Proliferation of Retinal Progenitors via Histone Modifications of Uhrf1

作者信息Xiaoyue Deng, Toshiro Iwagawa, Masaya Fukushima, Yutaka Suzuki, Sumiko Watanabe
PMID33938913
发布时间2021-05-03
DOI10.1167/iovs.62.6.1

实验完整度

包含体外视网膜外植体培养、shRNA敲低、RNA-Seq、ChIP-qPCR、挽救实验等多层级验证,并通过功能回补和表型对比确认机制。

主要模型

ICR小鼠视网膜外植体

重点核对

Setd1a敲低后晚期RPC凋亡增加和增殖抑制的表型 SET催化结构域对Setd1a功能的关键性 Uhrf1作为Setd1a靶基因及H3K4me3水平变化 UHRF1过表达部分挽救Setd1a缺失表型

摘要

目的:组蛋白H3第4位赖氨酸的三甲基化(H3K4me3)促进转录基因激活,Setd1a是特异性针对H3K4的甲基转移酶。已有报道H3K4me3调控视杆光感受器分化;然而,在早期视网膜发育过程中,H3K4me3在视网膜祖细胞(RPC)增殖和分化中的作用仍不清楚。方法:利用体外视网膜外植体培养系统,通过引入shSetd1a抑制Setd1a的表达。我们通过RNA测序和ChIP实验分别检测基因的表达水平和H3K4me3水平。结果:我们发现Setd1a缺失导致晚期RPC凋亡增加和增殖失败。表达野生型SETD1A,而非缺乏催化SET结构域的SETD1A,可逆转shSetd1a诱导的表型。RNA测序显示,shSetd1a表达时增殖相关基因下调。基于公开的视网膜发育H3K4me3-ChIP测序数据,我们确定Uhrf1为Setd1a的候选靶基因。shSetd1a的表达导致Uhrf1转录水平降低,并降低Uhrf1位点的H3K4me3水平。在表达shUhrf1的视网膜外植体中观察到晚期RPC凋亡增加和增殖抑制,与shSetd1a表达视网膜中的结果相似。UHRF1的过表达不能挽救shSetd1a诱导的凋亡,但逆转了增殖抑制。结论:这些结果表明Setd1a通过调节组蛋白甲基化有助于视网膜细胞的存活和增殖,Setd1a调节Uhrf1的表达,这两个分子协同调节RPC的存活和增殖。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
Setd1a及H3K4me3在早期视网膜发育中对RPC增殖和分化的作用及机制。
核心机制
Setd1a通过其SET结构域催化H3K4me3,上调靶基因Uhrf1的表达,进而促进晚期RPC的存活与增殖。
主要证据
shRNA敲低Setd1a导致晚期RPC凋亡增加和增殖抑制;野生型SETD1A挽救表型而SETD1AΔSET不能;RNA-seq和ChIP-qPCR显示Uhrf1是Setd1a的直接靶基因;敲低Uhrf1表型类似;UHRF1过表达部分挽救。
研究意义
揭示了Setd1a和Uhrf1在视网膜发育中的关键作用,为理解H3K4me3在组织发育中的功能提供新视角,并提示相关调控机制可能在其他发育过程或疾病中具有重要意义。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

Setd1a表达模式分析

确定Setd1a在视网膜发育中的时空表达。

利用RT-qPCR和RNA-seq检测不同发育阶段小鼠视网膜中Setd1a mRNA水平,免疫组化检测SETD1A蛋白的定位和表达。

2

Setd1a功能缺失表型分析

检测Setd1a敲低对视网膜发育的影响。

在E17或E14视网膜中电穿孔shSetd1a或对照质粒,并进行外植体培养,通过免疫染色和EdU标记分析凋亡、增殖和细胞类型。

3

SETD1A催化活性验证

通过回补实验确定Setd1a的SET催化结构域是否必要。

在E17视网膜中共转染shSetd1a与野生型SETD1A或SETD1AΔSET,培养3天后分析凋亡和增殖。

4

下游靶基因鉴定

寻找Setd1a下游调控的靶基因。

通过RNA-seq比较shSetd1a和对照视网膜的转录组,结合公开H3K4me3 ChIP-seq数据筛选候选靶基因,并利用ChIP-qPCR验证Uhrf1位点的H3K4me3变化。

5

Uhrf1功能验证

验证Uhrf1敲低是否模拟Setd1a缺失表型,并检测UHRF1过表达能否挽救。

在E17视网膜中表达shUhrf1或对照,分析凋亡、增殖;共表达shSetd1a和UHRF1观察表型挽救情况。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Sepasol RNA I Super GNacalai Tesque--
ReverTra Ace qPCR RT Master MixToyobo--
Light Cycler 96Roche--
PrimeSTAR GXL DNA聚合酶Takara--
pGEM-T Easy载体Promega--
KOD-Plus-突变试剂盒Toyobo--
Uhrf1_HASino BiologicalMG53591-CY
Z-VAD-FMKAdooQ BioScienceA12373
抗Ki67抗体BD Bioscience550609
抗HuC/D抗体Molecular ProbesA-21271
抗TFAP2A抗体DSHB3B5
抗cyclin D3抗体Santa Cruz Biotechnologysc-182
抗NR2E3抗体PPMXPP-H7223-00
抗谷氨酰胺合成酶抗体ChemiconMAB302
抗SETD1A抗体Abcamab70378
抗5-甲基胞嘧啶抗体Active Motif39649
抗CHX10抗体Exalha Biologicals--
抗BRN3B抗体Santa Cruzsc-6026
抗GFP抗体Clontech--
抗活化Caspase 3抗体PromegaG748A
Click-iT Plus EdU细胞增殖成像试剂盒Thermo Fisher ScientificC10639
SMART-Seq v4超低输入RNA测序试剂盒Takara--
Nextera XT DNA样本制备试剂盒Illumina--
HiSeq3000测序仪Illumina--
FACS Aria IIBD Biosciences--
2100生物分析仪Agilent Technologies--
Axio Imager M1Zeiss--
Axio Imager M2Zeiss--
5-氮杂胞苷Sigma-AldrichA3656

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
视网膜外植体培养
小鼠品系(ICR)、胚胎日龄(E14/E17)、培养时间(3天或7天)、电穿孔质粒比例。
阅读提示:Methods: Electroporation and Retinal Explant Culture
基因敲低和回补
shRNA靶序列及浓度比例、质粒总量(100 µg/视网膜)、共转染的质粒比例。
阅读提示:Methods: RT-Quantitative PCR and shRNA Plasmids Construction; Electroporation and Retinal Explant Culture
表型分析
抗体名称和稀释度、细胞计数区域和标准(100 µm视野)、样本重复数和统计方法。
阅读提示:Methods: Determination and Quantification of Immunolabeled Cells; Figure legends
RNA-seq分析
转染后培养时间(2天)、FACS分选细胞数量(~3e4)、每个样本起始RNA量(1 ng)、文库制备试剂盒和测序平台。
阅读提示:Methods: RNA-Seq
ChIP-qPCR
ChIP抗体(anti-H3K4me3)、qPCR引物序列和扩增区域、细胞数量。
阅读提示:Methods: Chromatin Immunoprecipitation (ChIP)-qPCR Assay