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生物体的各种生命活动均依赖于体内信号转导途径的调控。在已知的信号转导途径中,Wnt信号转导途径占有十分重要的地位。这是一类在生物体进化过程中高度保守的信号转导途径,在多种生命活动中发挥重要功能。在动物体早期发育中,Wnt信号决定了背腹轴的形成、胚层建立、体节分化、组织或器官形成等一系列重要事件,直接调节了细胞增殖、分化、迁移、极化、凋亡与抗凋亡等细胞的命运。同时,wnt信号转导途径的异常活化与肿瘤发生也密切相关。根据目前已有的相关报道,在约24种肿瘤或癌中发现了与Wnt信号转导途径相关的突变体。Wnt信号转导途径有经典和非经典之分,前者依赖于中枢分子β-catenin行使功能。因此,经典Wnt信号转导途径又称为Wnt/β-catenin信号转导途径。对这条途径的研究相对于非经典途径开始较早,了解也较为清楚。经典Wnt信号通过稳定与积累β-catenin,在下游形成β-catenin和转录因子家族TCFs/LEF-1为中心分子的转录复合物,行使转录功能,开放特定的Wnt下游靶基因,来实现这条信号转导途径的各种生物学效应。因此,研究此转录复合物的调控机制,对于加深理解经典Wnt信号转导途径并对其进行人为调控具有积极意义。
第一部分以经典Wnt信号转导途径下游的转录因子LEF-1为“诱饵”,通过酵母双杂交工作找到了TDG。TDG最初作为DNA的G·T错配碱基对修复酶被发现和命名。我们的实验发现,TDG和LEF-1在体内/体外有直接相互作用,同时TDG还可以结合TCF转录因子家族其它成员。过表达TDG可以提高Wnt相关报告基因活性和下游靶基因c-Myc的表达,而利用RNA干扰降低内源TDG则有相反作用,提示TDG可能是Wnt信号转导途径下游的β-catenin-LEF-1/TCFs转录复合物一个新的正向调节子。有报道称,TDG和β-catenin-LEF-1/TCFs转录复合物的另一个已知的转录激活子-乙酰化酶CBP有相互作用。我们发现TDG和CBP对Wnt所调控的报告基因活性有协同激活效应,更重要的是,TDG和CBP的转录激活能力具有互相依赖性,此过程还需要CBP的乙酰化酶活性。在HeLa细胞核抽提物中,检测到TDG-CBP-β-catenin-TCF-4这样一个四元转录复合物,它也被招募在Wnt下游靶基因c-Myc的启动子区,而且TDG和CBP可以稳定彼此存在于c-Myc的启动子区。TDG还参与并促进CBP乙酰化修饰β-catenin和组蛋白4的过程。综合这些结果,我们揭示了TDG参与调控经典Wnt信号转导途径下游转录复合物的新功能及分子机制。
第二部分以酵母双杂交发现β-catenin和成肌抑制蛋白I-mfa之间的蛋白质相互作用为基础,与他人合作揭示了经典Wnt信号转导途径调节骨骼肌生成的一个新分子机制。在这个工作中,一方面,通过构建大量的β-catenin突变体,揭示了β-catenin分子上与I-tufa相互作用的关键区域和氨基酸位点,发现342和345两个氨基酸位点突变导致β-catenin与I-mfa的相互作用显著减弱,但并不影响β-cmemn本身的转录活性;另一方面,在筛选大量细胞稳定株的基础上,建立了P19小鼠畸胎瘤细胞的两种骨骼肌分化模型。结合两方面工作,证明了β-catenin和I-mfa的相互作用是经典Wm信号调控P19细胞肌肉分化的重要分子基础。β-catenin通过竞争结合I-mfa,既减少了I-mfa与LEF-1的相互作用,也降低了I-mfa与成肌转录因子MRFs的结合,从而分别解除I-mfa对LEF-1和MRFs转录活性的抑制。β-catenin解除I-mfa对LEF-1转录活性的抑制,使Wnt信号下游基因的表达开放,最终诱导MRF转录因子家族的表达,此为LEF-1转录活性依赖型调节;而β-catenin解除I-mfa对MRFs的抑制,从而使MRFs家族成员可以维持其正确的转录活性,对体节细胞向骨骼肌细胞的决定、分化、成熟等过程至关重要,此调节为其LEF-1转录活性非依赖型。综合上述工作,揭示了经典Wnt信号调控P19细胞成肌发生的LEF-1转录活性依赖型和非依赖型的双重分子机制。