DUSP9 Modulates DNA Hypomethylation in Female Mouse Pluripotent Stem Cells
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Graphical Abstract
多能干细胞系通常来源于植入前的胚胎，产生胚胎干细胞(embryonic stem cells, ESCs) ，或者来源于胎儿生殖细胞，产生胚胎生殖细胞embryonic germ cells (EGCs)。
此外，通过强制进行相关多能性转录因子——比如最初的Yamanaka四因子Oct4、Sox2、KLF4、C-Myc——的表达，可以从体细胞中产生多能干细胞，从而产生诱导多能干细胞(iPSCs)。
虽然胚胎干细胞、胚胎生殖细胞和诱导多能干细胞被认为在转录方面高度相似，但是胚胎干细胞表现出表观遗传学上的差异，这些差异被认为反映了胚胎生殖细胞的起源。
例如，来自胚胎晚期(胚胎期E11.5~E12.5)的生殖细胞表现出印迹基因和非印迹基因的 DNA 低甲基化，这类似于胎儿生殖系细胞的表观遗传模式。
此外，经典的EGCs和体细胞之间细胞-细胞融合实验表明，在重复元件和印迹位点的杂交实验中，EGCs 失去了甲基化，这表明 EGCs 具有显性去甲基化活性。当胚胎干细胞与体细胞融合时，似乎缺乏这种活性。
随后Piccolo 的一项研究证实了这些发现，并暗示了在混血儿中印迹基因的 EGC 特异性去甲基化中的 TET1。
然而，在亲本胚胎干细胞、胚胎干细胞和由此产生的杂交细胞之间的全基因组 DNA 甲基化模式的系统比较还没有进行。越来越多的证据表明，培养条件可以极大程度地改变很多细胞系中的 DNA 甲基化模式。
虽然在传统培养基中维持的 ESC 株(血清/LIF [白血病抑制因子]，serum/LIF [Leukemia inhibitory factor]，简称SL)全基因组的显示了类似于体细胞组织的正常甲基化水平，但是在2i/L中会触发高达4倍的全基因组甲基化模式的减少，同时获得一个更加原始的多能状态。
2i/L培养诱导的去甲基化原理：多能性调节因子PRDM14和 NANOG直接沉默甲基转移酶基因 Dnmt3a 和 Dnmt3b，同时上调双加氧酶基因 Tet1和 Tet2的转录，导致基因组在几代内实现被动和主动去甲基化。
最近，DNMT1辅助因子 UHRF1的下调也被认为有助于2i/L 的低甲基化)。除了培养条件，ESC 株系的性别可能影响甲基化模式。在SL培养的雌性小鼠胚胎干细胞系，与雄性胚胎干细胞相比，表现出全球甲基化水平的降低和印迹基因甲基化的降低。
XX ESCs 的低甲基化与两个活跃的X (Xa)染色体的存在直接相关，它们的DNMT3A/B 或 DNMT3L 的表达水平降低，因为 XO 亚克隆重新获得了 DNMT3A/B 的表达和全基因组甲基化模式，类似于 XX 体细胞。
最近，Schulz 等人发现，SL中生长的雌性胚胎干细胞表现出 MAPK 和 GSK3信号减少; Prdm14、 Nanog 和 Tet1/2 mRNA 水平升高; 与雄性胚胎干细胞相比，Dnmt3a/b mRNA 水平降低，这表明两条染色体的存在重现了某些胚胎干细胞的表型，使它们保持在幼稚的多能状态。然而，女性特异性低甲基化的机制和 X-连锁调节因子仍然披着神秘的面纱。
在这里，我们重新回顾先前的观察结果，即与 ESCs相比晚期 EGCs 表现出广泛的 DNA 低甲基化和显性去甲基化活性，目的是探索这种表型可能的机制和中间调节因子。
之前 ESC 和 EGC 之间表观遗传修饰的比较研究中有以下不足：
细胞系数量的不足(Sharov 等人，2003年)
具有不同程度表观遗传重编程的生殖细胞发育阶段(E8.5)(Leitch 等人，2013年)
遗传背景的差异(Sharova 等人，2007年)
性别的差异(Hatano 等人，2005年; Tada 等人，1997年)
培养条件的差异(Hackett 等人，2013年)。
因此，我们在等效生长条件下导出了E3.5 ESC 和 E11.5-E12.5 EGC 系的多对等基因 ，以比较以下指标：
我们发现性别，而不是细胞类型，驱动着ESCs和EGCs的甲基化模式。细胞融合实验进一步表明，X染色体与常染色体的比例决定了甲基化水平，XX杂合体是低甲基化，XY杂合体是高甲基化。
我们还发现X-连锁MAPK磷酸酶DUSP9在女性ESCs中比男性ESCs上调，并且在女性ESCs中其杂合缺失导致了类似男性的甲基化水平。
然而，男性和女性囊胚同样是低甲基化的，这表明在培养中才出现性别特异性的甲基化差异。
总体而言，我们的数据证明了性别匹配的ESCs和EGCs的表观遗传学相似性，并确认DUSP9是女性特异性低甲基化的调节因子。
参考文献：https://www.cell.com/cell-stem-cell/pdf/S1934-5909(17)30073-5.pdf
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