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小总结:
该研究阐明了表观遗传因子PCGF6能够作为人多能干细胞谱系特异性“转换者”的新功能，同时揭示了PcG蛋白通过协同不同因子实现抑制和激活转录来调控细胞命运决定的潜在机制。
Nature Communications|文章标题：
PCGF6 controls neuroectoderm specification of human pluripotent stem cells by activating SOX2 expression
PCGF6通过激活SOX2表达控制人多能干细胞的神经外胚层分化
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多梳环指蛋白(Polycomb Group Ring Finger，PCGF)介导的转录抑制机制已被广泛研究。PcG蛋白作为发育基因的抑制因子，最初在黑腹果蝇中被发现，它能够在早期胚胎发生过程中通过维持Hox基因的时空抑制来控制果蝇分节。随后，PcG蛋白被证明是通过染色质修饰调控发育基因所必需的表观遗传调控在早期胚胎发育中具有重要的作用。作为重要表观遗传调控蛋白Polycomb group(PcG)蛋白家族核心成员，多梳环指蛋白能在进化上保守地通过抑制发育相关基因表达从而调控早期胚胎发育。
PcG复合物大致分为两种主要复合物，即Polycomb抑制复合物1(PRC1)和Polycomb抑制复合物2(PRC2)。在哺乳动物中，PRC1由5个CBX同源物(CBX2/4/6/7/8)、6个PCGF家族成员(PCGF1-6)、3个PHC家族成员(PHC1-3)和2个泛素连接酶(RING1A/1B)组成，它们催化组蛋白H2A(H2AK119ub)赖氨酸119的泛素化，促进染色质压缩。PRC2由核心成分EZH2或与其密切相关的同源物EZH1、EED和SUZ12组成，它们催化组蛋白H3(H3K27me)7的赖氨酸27的甲基化。
Polycomb repressive complex 1&2。(BMI1是PCGF的别名)
PCGF6在小鼠早期胚胎发育过程中在多种组织和细胞类型中高表达。PCGF6纯合子缺失的小鼠是可存活和可育的，但不能以正常的孟德尔比率出生，提示胚胎发育异常。事实上，在Pcgf6−/−纯合子敲除胚胎中，从囊胚期到植入后发育，持续检测到胚胎死亡，而存活的Pcgf6−/−胚胎显示出生长迟缓表型。此外，在小鼠ESCs中敲除Pcgf6降低了核心多能性因子的表达，而在小鼠ESCs中Pcgf6的完全缺失导致了生殖细胞相关基因的强大去抑制。这些研究表明，PCGF6对小鼠的早期发育具有重要作用。然而，PCGF6是否可以独立于PRC1发挥作用，以及PCGF6是否以及如何在人类早期发育中发挥作用尚未揭示。
研究团队简介：武汉大学中南医院医学研究院、免疫与代谢前沿科学中心蒋卫教授团队长期从事细胞命运决定的分子调控机制和转化研究，主要利用人多能干细胞维持和分化体系，探讨早期多能性转换及胚层分化的表观和代谢调控机制，同时也研究如何结合细胞分化、组织工程等制备功能胰岛细胞用于细胞治疗和建立糖尿病疾病模型。加入武汉大学以来以通讯作者（含共同）发表20篇论文，发表期刊包括Nat Commun (2022)、Nucleic Acids Res (2022)、Redox Biol (2022)、Stem Cell Rep (2020、2021)、Theranostics (2022)、Cell Discov (2022)、Small (2022)等。假设&提问（Hypothesis&Question）
Q1. “小鼠ESCs中敲除Pcgf6后，有部分胚胎死亡，发育异常，出生长迟缓，降低了核心多能性因子的表达”，在人PSCs中是否一样?
研究人员利用CRISPR/Cas9技术，首次得到PCGF6纯合敲除的人多能干细胞。发现PCGF6-KO之后人PSCs仍能形成克隆并显示碱性磷酸酶染色阳性，但菌落扁平、松散、形态独特(图1b)。
PCGF6-KO不影响细胞周期、增殖和PSCs的维持，但集落大小明显变小(图1c、d和补充图1d)此外，qRT-PCR分析和免疫荧光染色显示，敲除PCGF6对核心多能性因子OCT4和NANOG的RNA和蛋白水平没有显著影响(图1e，f)。Western blot分析也显示了PCGF6-KO和野生型(WT)细胞中OCT4和NANOG的表达水平相当(补充图1e)。此外，PCGF6-KO对PRC1.6其他组分的蛋白水平没有影响(补充图1f)。我们通过与antiRING1B抗体在野生型和pcgf6缺失的人PSCs中进一步检测了PRC1.6复合物的稳定性。在野生型人PSCs中，RING1B容易与内源性L3MBTL2、MAX、RYBP、E2F6、MGA和EHMT2共免疫沉淀，而在PCGF6-KO细胞中，RING1B与L3MBTL2、MAX、E2F6、MGA、EHMT2之间的相互作用严重受损。我们还注意到，PCGF6的缺失并没有破坏RYBP和RING1B之间的相互作用(图1g)。
Fig1. c-g
Q2. PCGF6敲除后细胞基因表达谱有何变化？
与野生型人多能干细胞相比，PCGF6-KO表现出基因的异常表达和部分分化。
Fig2. RNA测序（RNA-seq）等实验结果表明PCGF6的缺失会导致基因表达的异常和分化的失衡
Q3. 具体机制？
首先，研究人员建立了人多能干细胞多方向分化体系，发现PCGF6敲除的人多能干细胞在分化过程中出现了偏向性，即更倾向于向中内胚层分化，而向神经外胚层分化能力受损。在更进一步研究中发现，一方面，PCGF6通过依赖于PRC1.6的抑制作用，作为参与WNT信号通路的相关基因表达的阻遏物调控中内胚层发育。
Fig3. 人PSCs中PCGF6的缺失激活了WNT信号通路
Fig. 4 | PCGF6 is required for neuroectoderm differentiation from human PSCs through regulating SOX2.
PCGF6 基因敲除的PSCs大幅下调神经细胞标记分子PAX6和SOX1，而过表达SOX2可以部分恢复。
另一方面，PCGF6能募集转录因子MYC到SOX2下游一个新的调控元件附近，通过正向调节SOX2表达的方式维持神经外胚层的正常发育。
Fig5. PCGF6通过招募MYC激活SOX2的表达
PCGF6 在人类 PSC 中的作用模型
研究意义（Significance）该研究提出一个新的模型，即PCGF6作为“on-off”开关，它决定了人多能干细胞的定向分化。这些研究结果丰富了对于人类早期胚胎调控的认识，并揭示了由PcG蛋白介导的表观遗传在谱系特化中的双重调控机制，有助于理解表观遗传因素在细胞命运决定和胚胎发育过程中的多种功能。
-原文摘要-
Polycomb group (PcG) proteins are known to repress developmental genes during embryonic development and tissue homeostasis.
Here, we report that PCGF6 controls neuroectoderm specification of human pluripotent stem cells (PSCs) by activating SOX2 gene.
Human PSCs with PCGF6 depletion display impaired neuroectoderm differentiation coupled with increased mesendoderm（中胚层） outcomes.
Transcriptome analysis reveals that de-repression of the WNT/β-catenin signaling pathway is responsible for the differentiation of PSC toward the mesendodermal lineage.
Interestingly, PCGF6 and MYC directly interact and co-occupy a distal regulatory element of SOX2 to activate SOX2 expression, which likely accounts for the regulation in neuroectoderm differentiation.
Supporting this notion, genomic deletion of the SOX2-regulatory element phenocopies the impaired neuroectoderm differentiation, while overexpressing SOX2 rescues the neuroectoderm phenotype caused by PCGF6-depletion.
Together, our study reveals that PCGF6 can function as lineage switcher between mesendoderm and neuroectoderm in human PSCs by both suppression and activation mechanisms.---------------------------------------------------------#小尾巴~
多梳家族蛋白（PcG proteins）形成两个PRC复合物，PRC1和PRC2。PRC2包含核心成分EZH1、EZH2、EED和SUZ12。
本研究证明PRC1核心成员PCGF6通过激活SOX2控制干细胞神经外胚层分化。
请看下一篇文章证明PRC2核心成员EZH2通过激活SOX2控制干细胞神经外胚层分化。
参考文献：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-32295-z.pdf
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