ポリコム蛋白質EZH1とEZH2は、マウスのクロマチンアクセス性とネフロン前駆細胞の寿命を共調節している

The polycomb proteins EZH1 and EZH2 co-regulate chromatin accessibility and nephron progenitor cell lifespan in mice.

• Hongbing Liu
• Sylvia Hilliard
• Elizabeth Kelly
• Chao-Hui Chen
• Zubaida Saifudeen
• Samir S El-Dahr

抄録

SIXホメオボックス2（SIX2）陽性のネフロン前駆細胞（NPC）は、腎臓のろ過装置であるネフロンのすべての上皮細胞タイプを産生する。NPCの寿命は限られており、出生時近くに枯渇します。NPCのような臓器制限された前駆細胞の維持にはエピジェネティックな因子が関与しているが、クロマチンに基づいたメカニズムはまだよくわかっていない。ここでは、遺伝子ターゲティング、クロマチンプロファイリング、単細胞RNA解析を組み合わせて、マウスヒストン3 Lys-27（H3K27）メチルトランスフェラーゼエンハンサーオブゼスト1（EZH1）とEZH2のNPC維持における役割を調べた。EZH2の発現はNPCの増殖能と相関し、EZH2はNPCおよび上皮の子孫において支配的なH3K27メチル化酵素であることを発見した。驚くべきことに、H3K27トリメチル化を欠いたNPCは前駆体の状態を維持していたが、サイクルが遅く、NPCプールが小さくなり、より少ないネフロンの形成につながっていた。Ezh2の機能喪失とは異なり、Ezh1とEzh2の二重不活性化は、YRPWモチーフ1を持つ転写抑制因子Hes関連ファミリーBHLH転写因子（Hey1）の過剰発現、Six2のダウンレギュレーション、およびWnt4駆動の分化の予定外の活性化を引き起こし、その結果、腎発生の早期終了と重度の腎機能障害をもたらした。二重変異体NPCはまた、SIXファミリーメンバーであるSix1を過剰発現していた。しかし、この文脈では、SIX1はNPCの幹細胞性を維持することができなかった。クロマチンレベルでは、EZH1とEZH2はAP-1結合モチーフへのアクセスを制限し、それらの欠失は分化した細胞と非分化細胞に類似した制御ランドスケープを促進した。これらの結果から、NPCの更新能にはEZH2が必要であり、分化プログラムを和らげるにはEZH1とEZH2の両方の協力が必要であると結論づけた。

SIX homeobox 2 (SIX2)-positive nephron progenitor cells (NPCs) give rise to all epithelial cell types of the nephron, the filtering unit of the kidney.  NPCs have a limited lifespan and are depleted near the time of birth.   Epigenetic factors are implicated in maintenance of organ-restricted progenitors such as NPCs, but the chromatin-based mechanisms are incompletely understood. Here, using a combination of gene targeting, chromatin profiling, and single-cell RNA analysis, we examined the role of the murine histone 3 Lys-27 (H3K27) methyltransferases enhancer of zeste 1 (EZH1) and EZH2 in NPC maintenance.  We found that EZH2 expression correlates with NPC growth potential, and that EZH2 is the dominant H3K27 methyltransferase in NPCs and epithelial descendants. Surprisingly, NPCs lacking H3K27 trimethylation maintained their progenitor state but cycled slowly, leading to a smaller NPC pool and formation of fewer nephrons.  Unlike Ezh2 loss-of-function, dual inactivation of Ezh1 and Ezh2 triggered overexpression of the transcriptional repressor Hes-related family BHLH transcription factor with YRPW motif 1 (Hey1), down-regulation of Six2, and unscheduled activation of Wnt4-driven differentiation, resulting in early termination of nephrogenesis and severe renal dysgenesis.  Double-mutant NPCs also overexpressed the SIX family member, Six1. However, in this context, SIX1 failed to maintain NPC stemness.  At the chromatin level, EZH1 and EZH2 restricted accessibility to AP-1-binding motifs, and their absence promoted a regulatory landscape akin to differentiated and non-lineage cells.  We conclude that EZH2 is required for NPC renewal potential, and that tempering of the differentiation program requires cooperation of both EZH1 and EZH2.

Published under license by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.