마우스 배아줄기세포에서의 INO80의 전사 조절에 의한 세포 주기, 세포사멸 및 분화 조절 = INO80 is required for the cell cycle control, survival, and differentiation of mouse ESCs by transcriptional regulation

국문 초록 (Abstract)

배아줄기세포의 세포 주기를 정확하게 조절하는 것은 배아줄기세포의 자기증식능과 분화에 매우 중요하다. 배아줄기세포의 세포 주기는 체세포와 다르며 세포배양조건에 따라 달라진다. 그러나 후성유전학적 메커니즘을 통한 배아줄기세포의 세포 주기 조절은 아직 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 ATP 의존성 크로마틴 리모델러인자인 Ino80가 배아줄기세포의 세포 주기 유전자를 primed 조건에서 조절한다는 것을 밝혔으며 Ino80의 결손을 유도했을 때 G1기의 연장을 확인했다. Ino80는 전사 시작 부위에 직접 결합하고 세포 주기 관련 유전자의 발현을 조절하는 것이 관찰되었다. 더불어, Ino80 결손에 의한 세포사멸이 확인되었다. 한편, 분화가 진행된 배아줄기세포에서 역시 Ino80 결손을 유도했을 때 세포 주기의 변화가 발견되었다. 그러나 배아줄기세포에서와는 다르게 연장된 S기가 확인되었다. 분화가 진행된 배아줄기세포에서의 RNA-seq 분석은 장기 발달 중 세포 주기와 관련된 유전자의 발현이 변화 한다는 것을 밝혔으며, 이는 Ino80에 의한 세포 주기 조절이 배아줄기세포에 국한되지 않음을 시사한다. 따라서, 본 연구는 배아줄기세포의 세포 주기에서 전사적 조절을 통한 Ino80의 일부 기능을 확립했다. 또한, 이 Ino80 기능은 다른 세포 유형들에서도 보편적일 수 있음을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Precise regulation of the cell cycle of embryonic stem cells (ESCs) is critical for their self-maintenance and differentiation. The cell cycle of ESCs differs from that of somatic cells and is different depending on the cell culture conditions. However, the cell cycle regulation in ESCs via epigenetic mechanisms remains unclear. Here, we showed that the ATP-dependent chromatin remodeler Ino80 regulates the cell cycle genes in ESCs under primed conditions. Ino80 loss led to a significantly extended length of the G1-phase in ESCs grown under primed culture conditions. Ino80 directly bound to transcription start site and regulated the expression of cell cycle-related genes. Furthermore, Ino80 loss induced cell apoptosis. However, the regulatory mechanism of Ino80 in differentiating ESC cycle slightly differed; an extended S-phase was detected in differentiating inducible Ino80 knockout ESCs. RNA-seq analysis of differentiating ESCs revealed that the expression of genes associated with organ development cell cycle is persistently altered in Ino80 knockout cells, suggesting that cell cycle regulation by Ino80 is not limited to undifferentiated ESCs. Therefore, our study establishes the function of Ino80 in ESC cycle via transcriptional regulation, at least partly. Moreover, this Ino80 function may be universal to other cell types.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction 1
• Ⅱ. Material and methods 4
• 2.1. Animals and generation of Ino80 iKO ESCs 4
• 2.2. ESC differentiation 4
• 2.3. PCR Genotyping 5
• 2.4. Analyses of cell proliferation, cell cycle, and apoptosis 5
• 2.5. Immunofluorescence 6
• 2.6. Quantitative RT-PCR analysis 6
• 2.7. RNA-seq and ChIP-seq analysis 6
• 2.8. Statistical Analysis 7
• Ⅲ. Results 8
• 3.1. Ino80 loss in ESCs causes aberrant cell cycle and cell death 8
• 3.2. Ino80 loss alters expression of genes related to cell cycle 11
• 3.3. Abnormal cell cycle profile is persistent in differentiating ESCs 14
• 3.4. Ino80 loss impairs expression of genes involved in differentiation of mesodermal lineages 16
• 3.5. Conserved and unique alteration of gene expression between undifferentiated and differentiating iKO ESCs 18
• Ⅳ. Discussion 20
• References 25
• Abstract (in Korean) 30