CHD8蛋白是隶属于依赖ATP的染色质重塑因子CHD家族,在大脑中广泛地表达。同时小鼠CHD8纯合敲除导致胚胎死亡表明CHD8在早起胚胎发育中的重要作用。随着研究和技术的发展,人们对自闭症患者进行的大量外显子测序,发现CHD8也是自闭症疾病致病的高风险突变基因之一。在CHD8突变的自闭症患者中CHD8的等位基因出现缺失或者插入导致CHD8表达不足。但是,对于CHD8的基础生物学功能及作用机制的了解还是知之甚少。胚胎干细胞来源于囊胚期的内细胞团,在体外能长时间维持自我更新和三胚层分化的能力,可以作为很好地体外发育模型研究在早期胚胎发育过程中的关键事件是如何发生的,更清楚地了解胚胎发育过程中的信号通路、表观遗传以及细胞状态变化等过程。胚胎干细胞也可以作为疾病发生模型的工具细胞,利用基因编辑技术在胚胎干细胞模拟致病基因的突变通过在体外分化模拟疾病发生的过程,有助于人们对于疾病发生过程及机制的研究,为疾病的治疗提供了思路或者治疗的靶点。已有的CHD8杂合或者敲低的细胞或小鼠模型的研究报道显示,CHD8的表达下调能够影响自闭症的发生以及神经发育相关基因的正常表达,同时发现杂合的小鼠也能够表现出自闭症的相关特征以及促进神经祖细胞增殖的能力。然而,CHD8在早期胚胎发育中的作用以及自闭症疾病中的功能与机制现在尚不清楚,特别是纯合CHD8敲除的细胞模型目前还没有被建立,我们无法完全排除残存的CHD8蛋白可能行使部分功能的可能性。因此,建立CHD8完全缺失的胚胎干细胞模型是迫切需要的。在这里,我们通过CRISPR/Cas9技术在人的胚胎干细胞里构建CHD8基因移码突变的细胞系,成功对CHD8蛋白进行完全敲除,并基于得到的CHD8敲除的胚胎干细胞系探究了 CHD8的完全缺失对胚胎干细胞多能性维持和谱系分化的影响。研究结果表明,完全敲除CHD8对人胚胎干细胞的自我更新和维持没有明显影响,不影响胚胎干细胞核心标志基因的表达,但会稍微促进胚胎干细胞的细胞凋亡,也对对胚胎干细胞的增殖和细胞周期等生物学过程有轻微影响,促进细胞增殖,改变了细胞周期的G1和G2/M期。通过体外的自发分化的拟胚体实验研究,我们发现CHD8的敲除会特异性影响神经外胚层基因PAX6的表达,导致PAX6的表达出现明显减少,而不影响内胚层和中胚层相关基因的表达。通过定型内胚层以及神经外胚层的定向分化实验,我们进一步确认CHD8的敲除会特异性导致神经外胚层分化失败,具体表现在神经外胚层分化中低表达神经祖细胞的标志基因并且在分化过程中出现大量的细胞死亡。同时我们分别对野生型以及CHD8敲除的胚胎干细胞以及分化得到神经祖细胞进行RNA-seq。RNA-seq的转录组分析的结果表明CHD8的完全缺失并不影响胚胎干细胞阶段的整体转录水平,特别是胚胎干细胞的多能性基因以及三胚层基因的表达并未发生明显变化。而在神经祖细胞阶段,RNA-seq的结果表明CHD8的敲除能够导致细胞凋亡相关基因的持续异常表达,同时也导致神经外胚层相关基因的表达受阻而无法激活。这些实验结果表明,CHD8在早起神经发生过程中的多能性退出、神经外胚层正常分化以及细胞凋亡的调控中发挥了重要作用。总而言之,这些实验结果为CHD8在多能性以及神经分化中的作用提供了新的见解。