YY1在造血干细胞中的表观遗传调控、染色质结构及衰老

《Current Opinion in Hematology》：YY1 in hematopoietic stem cells: epigenetic regulation, chromatin architecture, and aging

**摘要**
**综述目的**
Yin Yang 1 (YY1)是一种多功能转录因子（TF），在淋巴细胞发育中具有确立的作用。近来，其在造血系统中作为Polycomb group (PcG)蛋白和染色质结构调控因子的功能日益受到关注。本小综述总结了YY1在胎儿和成体造血干细胞（HSCs）中超越其经典转录活性的表观遗传和结构角色的新见解。研究人员还讨论了YY1功能改变如何导致HSC衰老和造血功能衰退。
**最新发现**
近期研究表明，YY1对于维持胎儿和成体造血过程中HSC的静止、自我更新和植入至关重要。机制上，YY1通过PcG依赖途径和塑造高级染色质组织来调控造血。它介导长距离染色质相互作用，与cohesin和CTCF协同组织三维基因组结构，并协调维持干细胞功能关键的转录和代谢程序。值得注意的是，与年龄相关的YY1活性下降与HSC功能损伤相关联，提示YY1参与造血衰老。
**总结**
YY1在造血中起到TF、染色质组织者和PcG蛋白的作用。明确其在正常和衰老HSC中的角色可能揭示造血衰退的机制，并为维持血液系统功能的策略提供信息。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**
造血干细胞（HSCs）的维持和功能调控依赖于复杂的转录因子（TF）网络和表观遗传机制。Yin Yang 1 (YY1)是一种高度保守的多功能转录因子，最初因其在免疫球蛋白基因座的结合而被发现，随后被证实在B细胞和T淋巴细胞发育中不可或缺。然而，YY1在HSC中的角色长期以来主要被认为局限于经典的直接转录调控。近期研究揭示，YY1还作为Polycomb group (PcG)蛋白和染色质结构调控因子发挥作用，但对其在胎儿与成体HSC中的表观遗传和染色质结构功能、以及在HSC衰老过程中的作用机制仍不完全清楚。特别是，随着年龄增长，HSC功能衰退（包括自我更新能力下降、髓系偏移、代谢紊乱等）的上游调控机制尚待阐明。因此，系统总结YY1在HSC中的表观遗传调控、染色质结构组织及衰老过程中的新认识，对于理解造血衰退机制及寻找干预靶点具有重要意义。该论文发表在《Current Opinion in Hematology》。

**关键技术方法**
研究人员综合运用了以下关键技术：（1）条件性基因敲除小鼠模型（Yy1 flox/flox 与 Cre 重组酶系统），在胎儿肝脏和成体骨髓来源的HSCs中特异性删除Yy1，以研究其功能；（2）流式细胞术分选HSC亚群并进行竞争性骨髓移植（如极限稀释移植）评估自我更新和植入能力；（3）转录组分析（RNA-seq）和全基因组染色质可及性分析（ATAC-seq）鉴定YY1缺失后的差异基因表达和调控区域变化；（4）染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）检测YY1、PcG蛋白（如EZH2）、cohesin (SMC3)和CTCF的基因组共定位；（5）染色体构象捕获技术（如Hi-C、4C-seq）评估长距离染色质相互作用。样本来源包括小鼠胎肝和骨髓HSCs。

**研究结果**

**YY1在造血干细胞中的功能**
通过条件性敲除Yy1，研究人员发现：在成体造血中，Yy1缺失导致严重的全血细胞减少和长期HSC重建能力显著下降，而YY1异位表达促进HSC扩增。YY1缺陷破坏了调控HSC增殖的转录网络，通过直接抑制Kit基因降低c-Kit表面表达，损害干细胞因子/c-Kit信号和维持静止的机制。在胎儿造血中，Yy1条件性敲除导致新生致死和胎肝HSC池耗竭；YY1缺陷的胎肝HSC显示迁移缺陷，无法植入成体骨髓微环境，失去重建造血的能力。转录组分析表明Yy1缺失破坏细胞运动和黏附相关基因网络，且YY1并不直接结合大多数失调基因的启动子，而是通过调节远端调控元件的染色质可及性间接发挥作用。

**YY1依赖的Polycomb group (PcG)调控在造血中的作用**
YY1是果蝇PcG蛋白Pleiohomeotic (Pho)的哺乳动物同源物，是少数具有序列特异性DNA结合活性的PcG蛋白。YY1通过其高度保守的26个氨基酸的REPO结构域（REcruit POlycomb）将PcG复合物（如含有EZH2的PRC2）招募至染色质，促进H3K27三甲基化（H3K27me3）沉积，建立稳定的基因抑制。缺失REPO结构域的YY1突变体（YY1ΔREPO）保留DNA结合和转录激活能力，但丧失PcG招募和稳定抑制功能。功能实验证明，REPO结构域对于B细胞发育中Igκ链重排、早期T细胞存活、以及胎肝HSC长期自我更新（体内）至关重要。在YY1缺失的造血干细胞祖细胞（HSPCs）中表达YY1ΔREPO导致造血向髓系偏移而抑制淋巴发育。这些发现表明YY1介导的PcG招募是维持谱系特化、干细胞稳态和淋巴细胞发育所必需的。

**YY1作为造血中的染色质结构调控因子**
YY1通过其C端锌指结构域与CTCF和cohesin组分SMC3物理相互作用，全基因组共定位分析表明它们共同占据大量基因组区域。在HSPCs中，YY1、cohesin和CTCF共结合的启动子富集于代谢调控基因，而cohesin/CTCF单独结合的位点更常与发育程序相关。YY1通过同源二聚化直接介导增强子-启动子环化，形成长距离染色质相互作用。在B细胞发育中，YY1介导免疫球蛋白κ和重链基因座的远距离相互作用（如Eμ增强子与3’调节区的环化），支持V(D)J重组和类别转换重组（CSR）。在红细胞中，YY1在G1期依赖性地建立增强子-启动子环。此外，YY1可通过液-液相分离形成转录凝聚体，区室化增强子和共激活因子。在祖B细胞中缺失YY1破坏了B谱系恒定性，导致染色质可及性改变，抑制B系基因而开放T细胞和髓系基因位点，表明YY1通过约束染色质拓扑和增强子可及性维持谱系身份。

**YY1与造血干细胞衰老**
YY1是多组织衰老（如胰腺β细胞、神经系统、骨骼肌）的核心调控因子，可抑制细胞衰老并协调线粒体功能和应激适应的代谢程序。在HSC衰老中，年龄相关的代谢重编程（如增殖增加、活性氧ROS升高、线粒体功能受损）与HSC功能衰退（自我更新下降、髓系偏移）密切相关。研究人员发现，在HSPCs中YY1/cohesin/CTCF共结合区域富含代谢基因程序；YY1缺失导致HSC过度增殖、代谢重编程、ROS升高和线粒体功能障碍，重现HSC衰老表型。此外，小鼠HSC中YY1表达和活性随年龄增长而下降，恢复YY1表达可挽救老年HSC的长期自我更新能力。若干HSC衰老标志基因（如Itgb3、Vwf、Neo1）与YY1依赖的调控程序有交集。年龄相关的YY1减少可能破坏代谢和干性位点的染色质拓扑结构，导致HSC功能衰退。理解YY1依赖的染色质结构为HSC衰老提供了机制框架。

**总结讨论**
研究人员总结认为，YY1是一个多功能TF，通过整合PcG介导的抑制与高级染色质结构，调控HSC的静止、自我更新和谱系定。新证据将YY1确定为HSC衰老的关键调控因子，将染色质组织和代谢稳态的变化与进行性干细胞功能障碍联系起来。这些发现确立了YY1作为连接表观遗传调控、3D基因组结构和干细胞寿命的枢纽因子，强调需要解析YY1在发育和衰老过程中的功能，以更好地理解年龄相关的造血衰退。研究结论部分（Conclusion）原文翻译如下：
“作为一个多功能转录因子，YY1通过整合Polycomb group介导的抑制与高级染色质结构，调控造血干细胞的静止、自我更新和谱系定。新证据进一步将YY1确定为造血干细胞衰老的关键调控因子，将染色质组织和代谢稳态的变化与进行性干细胞功能障碍联系起来。总体而言，这些发现将YY1定位为连接表观遗传调控、三维基因组架构和干细胞寿命的关键因子，并强调需要解析YY1在发育和衰老中的功能，以更好地理解年龄相关的造血衰退。”