未折疊蛋白反應（unfolded protein response, UPR）是一種進化保守的細胞內穩態信號通路，包含PERK、IRE1和ATF6等三條信號通路。UPR在體細胞生理和病理過程中發揮重要功能，同時也參與了多種干細胞分化和個體發育的過程，但其中復雜而深奧的調控機制仍有待解析。近日，我校生命科學學院屈良鵠教授課題組以成肌細胞誘導的骨骼肌分化模型為對象，揭示了UPR的主要通路—PERK信號通路通過調控microRNA網絡，決定成肌細胞分化及命運的新機制。
該研究通過構建PERK、IRE1和ATF6 等三個UPR傳感蛋白的敲低穩定株，發現敲低這些傳感蛋白都會嚴重地影響C2C12成肌細胞分化過程中的細胞融合以及肌管的形成，特別是敲低PERK不僅完全阻止了成肌細胞分化標志物的產生，而且使細胞形態發生了由梭形變成圓形的轉化。進一步的機制研究表明，敲低PERK改變了與細胞分化和干細胞維持相關的miRNA網絡及其調控的細胞信號通路，從而誘導成肌細胞去分化為干性顯著的肌源性衛星細胞。而通過在成肌細胞中過表達PERK的下游轉錄因子ATF4，發現ATF4可以轉錄激活miR-1a和miR-133a等一批骨骼肌分化特異性miRNA，從而促進成肌細胞的分化。該研究還揭示了以PPP1CC為樞紐的PERK-miR128-UPR反饋途徑：在成肌細胞分化過程中，由PERK通路顯著上調的miR-128能影響一系列與UPR功能相關的細胞表型，包括細胞遷移、融合、內質網擴張以及肌管的形成； miR-128可直接靶向UPR通路的核心調控因子PP1磷酸酶的催化亞基PPP1CC，正反饋調控PERK等多條UPR通路的活性。非常有趣的是，miR-128-2宿主基因編碼的RNA結合蛋白ARPP21通過與miR-128競爭Ppp1cc mRNA 的3'非翻譯區，調控分化過程中細胞的穩態。
圖1 成肌細胞分化過程中PERK和miRNA網絡之間的調控模型
以上研究首次揭示PERK 信號在成肌細胞維持和分化中的關鍵調控功能及機制，拓展了我們對UPR通路在干細胞分化及命運決定中的作用的認識。同時，敲低PERK誘導成肌細胞去分化為肌源性衛星細胞的發現，為體外細胞重編程提供了一種新的思路和技術。
該研究于近日在線發表在《細胞與發育生物學前沿》（Front Cell Dev Biol）雜志，題目為 “PERK Signaling Controls Myoblast Differentiation by Regulating MicroRNA Networks”。屈良鵠教授和鄭凌伶副教授為該論文并列通訊作者，2016級博士生譚葉雅和孫逸仙紀念醫院助理研究員張寅為該論文并列第一作者。本研究受到國家自然科學基金委重大研究計劃等基金支持。
