近年来，人胚胎干细胞在组织工程及组织再生领域的应用引起了广泛的关注，但是仍存在分化方向难以控制及诱导效率低下的问题，限制了其在再生领域的广泛应用。这就要求我们对人胚胎干细胞分化调控分子网络机制有进一步的了解和研究。同时人胚胎干细胞也是研究人早期胚胎发育的理想模型。E蛋白家族是I型bHLH转录因子，包括HEB、E2A和E2-2三个成员分子。E蛋白家族成员在小鼠的免疫细胞发育中发挥重要作用，已经被广泛研究。然而E蛋白在人胚胎干细胞分化中的功能及调控机制知之甚少。李扬课题组2017年揭示了HEB在人胚胎干细胞中胚层及造血发育分化中的重要功能，并解析了其发挥功能的作用机制（Stem Cell Reports, 2017）。然而，E蛋白家族另外两个成员分子E2A和E2-2在人胚胎干细胞发育分化中的功能及作用机制尚待明确。

北京大学基础医学院李扬课题组与北京大学口腔医院栾庆先课题组合作在国际学术期刊Development发表论文“E2A regulates neural ectoderm fate specification in human embryonic stem cells”，报道了E2A蛋白调控人胚胎干细胞早期分化的方向选择及其机制。该研究加深了目前对于E2A蛋白相关调控的认识，也部分解释了E2A与E蛋白家族成员参与人胚胎干细胞早期分化的调控机制，为优化人胚胎干细胞定向分化诱导提供了参考依据。

本研究报道了E2A可以参与人胚胎干细胞的早期分化方向的选择调控，与HEB可以促进中胚层分化调控不同，E2A可以促进人胚胎干细胞向神经外胚层方向分化。而在分化的过程中，E2A可直接调控神经分化相关基因的表达同时抑制Nodal信号通路的活性来促进人胚胎干细胞神经外胚层分化。

在这项研究中，研究者首先通过CRISpR/Cas9技术构建了E2A敲除的人胚胎干细胞模型，并分别通过体内畸胎瘤形成实验和体外定向分化等实验发现E2A敲除的人胚胎干细胞神经外胚层分化受阻。并进一步通过RNA-seq和ChIp-seq高通量测序的方法揭示了E2A可通过直接调控神经分化的靶基因和调控NODAL信号通路两种方式参与人胚胎干细胞神经外胚层分化的调控。由于E2A的功能表现出强烈的环境依赖性，研究者推测其在神经外胚层分化的过程中可与pRC2复合体相结合来调控NODAL信号通路的活性，并进一步通过Co-Ip及ChIp-seq等研究方法揭示在野生型胚胎干细胞分化的过程中，E2A可通过与pRC2结合抑制NODAL信号通路激活剂CRIpTO的表达，进一步揭示了E2A与NODAL信号通路之间的关系。更进一步，研究者通过构建E2A/HEB双敲除的人胚胎干细胞系发现E2A/HEB双敲除细胞表现出更为严重的神经分化受阻的表型，为E蛋白成员之间的相互作用提供了依据。该研究不仅进一步丰富了人胚胎干细胞分化的分子调控网络，也为明确E2A在人早期胚胎发育中的功能及机制提供线索。

2016级基础医学院与口腔医院联合培养博士研究生易思琦为本论文第一作者，基础医学院李扬副教授与口腔医院栾庆先教授为本论文共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金的支持。

原文链接:https://dev.biologists.org/content/early/2020/11/03/dev.190298