近日，來自東南大學的林承棋與羅卓娟教授課題組在Nature Cell Biology發表題為“Young LINE-1 transposon 5’UTRs marked by elongation factor ELL3 function as enhancers to regulate naïve pluripotency in embryonic stem cells”的研究論文。該論文首次報道LINE-1 5’UTR可作為增強子，調控相鄰基因活性，進而促進早期胚胎全能性的建立。

轉座元件（TE）是一種可移動的遺傳元件，可以隨機整合到基因組的其他位置。歷經了漫長的進化過程，轉座元件大約占人類基因組的40%左右。TE促進了生物遺傳多樣性及基因組進化；但也可能產生有害突變，導致包括癌癥在內的多種疾病。在胚胎早期發育過程中，重復元件的表達是動態的且階段特異性的，大多數重復元件在著床前的表達是被抑制的。然而，合子基因組首次轉錄時，大量逆轉錄轉座子的表達會被激活。其中LINE-1作為最豐富的一類逆轉錄轉座子，在早期發育的特定階段高度表達；LINE-1激活異常會干擾胚胎的發育進程，表明反轉錄轉座子的激活是發育過程中不可或缺的一環。然而，LINE-1元件本身是否在胚胎發育及基因表達調控中發揮作用目前尚不清楚。

轉錄延伸因子ELL3 是RNA Pol II 延伸因子家族的成員，在胚胎干細胞中，ELL3與增強子結合，介導小鼠胚胎干細胞中RNA pol II在發育調節基因啟動子近端的結合，調控干細胞譜系分化。在本研究中，研究人員發現在原始態胚胎干細胞中，ELL3主要結合在LINE-1轉座子L1Md_T的5’UTR區域，抑制L1Md_T的活性，并阻止附近基因的過度激活。三維染色質構象micro-C組學數據及4C分析發現，L1Md_T 5’UTR與相鄰基因的啟動子存在相互作用，提示它們可作為一類增強子行使功能。進一步研究表明：ELL3通過募集TET1和SIN3A，調控L1Md_T 5’UTR上5hmc和H3K27ac水平，進而調控其增強子活性。

ELL3缺失細胞系的轉錄組學數據顯示PI3K-AKT通路受到顯著影響，其中關鍵調控因子AKT3的表達隨著其基因序列內部L1Md_T上調而被激活。此外，mESC從naïve到primed狀態轉變過程中，ELL3的缺失也導致了ERK信號通路的激活受阻。在過表達AKT3的細胞中也檢測到同樣的現象，而對Akt3進行敲低可以部分挽救ERK信號通路的激活。由此進一步揭示ELL3可能通過抑制L1Md_T，調節AKT3-ERK信號通路，來調控小鼠胚胎干細胞全能性。有趣的是，AKT3-ERK信號通路在植入前胚胎全能性及第一次細胞命運決定發揮關鍵作用。研究人員通過siRNA在合子中敲低Ell3，發現囊胚期L1Md_T和Akt3的表達上調，ERK1/2磷酸化水平降低，囊胚內細胞團Gata4/Gata6激活顯著受到抑制，提示ELL3亦可能通過類似機制調控在早期胚胎發育過程。

綜上，通過結合表觀遺傳學、轉錄組學和基因功能分析，作者展示了在小鼠胚胎干細胞中，ELL3結合的L1Md_Ts可作為增強子，調控相鄰基因表達。特別地，ELL3可通過抑制Akt3第一個內含子內的L1Md_T的增強子活性來抑制Akt3，從而調節RAF-ERK通路的激活和干細胞全能性。

東南大學生命科學與技術學院林承棋教授和羅卓娟教授為該論文的共同通訊作者。東南大學生命科學與技術學院博士生孟思妍、劉曉旭、朱詩琪，及生物科學與醫學工程學院的謝芃教授為該論文的共同第一作者。東南大學生命科學與技術學院方海同、方可為該論文的共同作者。東南大學生命科學與技術學院謝維教授、孫飛教授，及昆明理工大學的陳凱教授亦參與了本項研究。

本研究獲國家重點研發計劃、國家自然科學基金、深圳市科技計劃、云南省自然科學基金資助。