经典Wnt信号途径转录复合体的调控机制

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Wnt信号途径是一类在生物体进化过程中高度保守的信号转导途径,决定着胚胎早期发育过程中的诸多事件,并对成体正常功能的维持有着决定性作用。Wnt信号转导途径的失调与肿瘤和其他多种人类疾病的发生发展密切相关。多数情况下,经典Wnt信号转导途径的异常激活都伴随着β-catenin自身或其上游调控分子的突变或者功能缺失。因此,筛选针对下游转录复合体的小分子抑制剂成为靶向治疗因Wnt信号转导途径失调而导致的疾病的一个热点。然而,Wnt信号下游转录复合体的调控是一个庞大且复杂的过程,至今认识尚不透彻。筛选针对Wnt信号转录复合体的化学小分子并对其作用机理的探讨不仅可能为Wnt信号途径相关疾病治疗提供潜在药物前体,也有助于完善我们对经典Wnt信号转导途径中转录复合体调控的认识。  在实验室之前的工作中,筛选到一个Wnt信号转导途径的小分子抑制剂15-氧代绣线菊内酯(代号NC043),并发现NC043能够以间接的方式阻断TCF/β-catenin结合。为了阐明NC043的作用机理,我们从寻找NC043的结合蛋白质入手,利用生物素交联的NC043进行了亲和沉淀实验,并通过质谱鉴定筛选到众多NC043特异结合的蛋白质,CARF是其中之一。  CARF最早被发现能通过影响P53蛋白质水平和促进P53转录活性等多种方式促进P53信号转导途径。另外,CARF也被报道能影响线粒体途径、Ras-MAPK激酶途径和ATM-ATR DNA损伤修复途径等,但具体机理都不清楚。它在整体动物水平上的生物学功能也还完全不清楚。  本论文在鉴定出CARF是小分子NC043作用的潜在靶蛋白之后,进一步的研究工作有以下发现:(1) NC043与CARF的结合方式是共价结合,主要位点在CARF蛋白的第516位半胱氨酸残基上,NC043分子内的内酯环结构和迈克尔双键是其结合CARF所必需的;(2) CARF能够正向促进Wnt信号所引起的转录活性,并且这种调控发生在β-catenin的下游;(3) CARF通过其羧基端与Dvl存在相互作用,而且RNA参与到这种结合调控中;(4)516位突变后的CARF能够抵抗NC043对CARF与Dvl互作以及对TCF/β-catenin互作的影响,并能在一定程度上回复NC043对Wnt信号途径的抑制,说明CARF是NC043抑制经典Wnt信号转导途径的一个直接作用靶点;(5)在斑马鱼早期胚胎发育中,敲低CARF表达会抑制Wnt信号转导途径下游靶基因表达,同时产生类似敲低Wnt信号所导致的胚胎背部化表型;(6)斑马鱼中敲低CARF后明显抑制造血干细胞标记物cmyb的表达,暗示CARF调控造血干细胞增殖。  综上所述,本论文以探讨Wnt信号通路的小分子抑制剂NC043的作用机理为研究目的,发现了Wnt信号转导途径的一个新的调控成员CARF,并进一步发现CARF与Dvl在细胞核内结合,进而稳定TCF/β-catenin转录复合体,从而发挥对经典Wnt信号转导途径的促进作用。在生物学功能上,CARF影响斑马鱼早期发育,并在斑马鱼造血干细胞增殖中发挥重要作用。本工作不仅在一定程度上理解了NC043对Wnt信号通路抑制作用的靶点机制,也为探讨经典Wnt信号转录复合体的调控机理提供了新的线索。
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