JBC:中科院生化细胞所高大明研究组发现胞外信号通过ERK激酶磷酸
2017年2月8日，国际知名生物化学杂志《Journal of BioLogical Chemistry》在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所高大明研究组题为“Extracellular Signal-regulated Kinases (ERKs) Phosphorylate Lin28a Protein to Modulate P19 Cell Proliferation and Differentiation”的最新研究成果。博士研究生刘相元为论文第一作者，高大明研究员为论文通讯作者。
干细胞的增殖和分化是两个紧密相关的过程，而且这两个过程均受胞外信号的调控。其中，MAPK-ERK信号通路在控制细胞的增殖和分化中扮演了关键的角色。活化的MAPK-ERK信号可以促使细胞更容易通过细胞周期的G1期早期，如果MAPK信号持续活化，则经常会诱导干细胞的分化，从而将增殖与分化联系起来。Lin28a是一个高度保守的RNA结合蛋白，于1984年首次在秀丽隐杆线虫中被报道，并且参与了细胞增殖和细胞多潜能性的调控。Lin28a发挥功能的主要机制是通过与let-7家族miRNA的前体结合，抑制了其成熟，从而进一步影响了let-7的下游靶基因表达，已知受其调控的基因包括c-Myc，Ras，cyclin D1以及Lin28a本身等。
研究组通过免疫共沉淀-质谱的方法鉴定出了Lin28a的关键磷酸化修饰位点Ser200，并通过筛选发现Erk1/2介导了Ser200位的磷酸化。之后，研究者通过CRISPR/Cas9技术在P19 畸胎瘤干细胞中将lin28a基因Ser200的编码位置引入了点突变，获得了Lin28a Ser200Ala(磷酸化缺失) 和Ser200Asp(磷酸化模拟) 敲入细胞系。与野生型的P19细胞和Ser200Asp敲入细胞系相比，Ser200Ala敲入细胞系增殖速度更快，在RA诱导时分化速度则更慢。而Ser200Asp敲入细胞系增殖速度最慢，RA诱导时分化速度最快。进一步实验发现， Lin28a被磷酸化后，抑制let-7成熟的能力减弱，从而使let-7下游的靶基因cyclinD1下调，P19 EC细胞增殖变慢并开始分化。这项研究揭示了Lin28a翻译后修饰对Lin28a功能的重要调控作用，深化了对干细胞增殖和分化的分子机制的认识。
ERK介导了Lin28a的Ser200位的磷酸化，并通过let-7依赖的途径下调cyclinD1，并调控了P19细胞的增殖和分化
原文链接：
Extracellular Signal-regulated Kinases (ERKs) Phosphorylate Lin28a Protein to Modulate P19 Cell ProLiferation and Differentiation
原文摘要：
Lin28a, originally discovered in the nematode Caenorhabditis elegans and highly conserved across species, is a well characterized regulator of let-7 miRNAs and is implicated in cell proliferation and pluripotency control. However, little is known about how Lin28a function is modulated at post-translational level and thereby responds to major signaling pathways. Here we show that Lin28a is directly phosphorylated by ERK1/2 kinases at Ser200. By editing lin28a gene with Crispr/Cas9 based method, we generated P19 mouse embryonic carcinoma (EC) stem cells expressing Lin28a-S200A (phospho-deficient) and Lin28a-S200D (phospho-mimetic) mutants respectively to study the functional impact of S200 phosphorylation. Lin28a-S200D expressing cells, but not Lin28a-S200A expressing or control P19 EC cells, displayed impaired inhibition of let-7 miRNA and resulted in decreased Cyclin D1, while Lin28a-S200A knock-in cells express less let-7s miRNA, proliferate faster, and exhibit differentiation defect upon Retinoic Acid induction. Therefore our results support that ERK kinases mediated-Lin28a phosphorylation may be an important mechanism for pluripotent cells to facilitate the escape from self-renewal cycle and start differentiation process.
作者：高大明
