论文部分内容阅读
动物体的正常发育以及干细胞的稳态维持需要复杂的遗传网络进行精确调控。该调控网络异常会导致发育缺陷及疾病发生。高度保守的Polycomb group(PcG)家族蛋白复合物、Hedgehog(Hh)信号通路、以及SUMOylation分别作为表观遗传学调控、信号通路调控以及蛋白翻译后修饰调控的典型代表，在动物体正常发育以及干细胞的稳态维持中扮演重要角色。笔者的博士学位论文则主要集中研究上述三种调控方式的新功能及新机制。 逐级招募的PcG蛋白在传统意义上被认为通过维持其靶基因(Pc+H3K27me3+基因)的沉默而调控动物体发育。笔者发现逐级招募的PcG蛋白还可以通过调控一部分发育关键调控基因上由甲基转移酶PR-Set7催化的H4K20me1修饰而直接正向调控这些基因的转录。生物信息学分析发现PcG蛋白正向调控Pc+H3K27me3+H4K20me1+基因的转录，而在同一细胞中同时负向调控Pc+H3K27me3+H4K20me1-基因的转录，这意味着H4K20me1修饰可以作为一部分Pc+H3K27me3+基因被PcG蛋白正向调控的标志。笔者还发现不仅Pc和H3K27me3在靶基因上的强度，其在靶基因上特定位置的分布对于靶基因的转录命运也至关重要。此外，转录因子Broad(Br)特异性结合Pc+H3K27me3+H4K20me1+基因而并非Pc+H3K27me3+H4K20me1-基因，因此Pc和PR-Set7通过和Br相互结合形成大的复合物从而特异性的正向调控Pc+H3K27me3+H4K20me1+基因转录。 Hh信号通路的活性是由其效应因子/转录因子Cubitus interruptus(Ci)介导的。为研究Ci的转录调控机制，笔者利用遗传学筛选发现Polycomb RepressiveComplex1(PRC1)中的Pc和Sex comb extra(Sce)两个成员通过结合在Ci转录起始位点附近（启动子）而正向调控Ci的转录以及Hh信号通路的活性。这一调控依赖于由PRC2催化的H3K27me3，而不依赖于由Sce催化的H2AUb1（果蝇中H2AK118被单泛素化修饰，对应于哺乳动物的H2AK119单泛素化修饰）。取而代之的是，Pc-Sce能够和female sterile(1) homeotic(Fsh，一个转录共激活因子)相互结合而激活Ci转录。 SUMOylation是一种高度动态的翻译后修饰，其在成体干细胞中的功能尚不清楚。笔者发现SUMOylation在成体果蝇精巢干细胞中自主性控制somatic cyststem cells(CySCs)干性的新功能。Ci的SUMOylation可以激活Hh信号通路，从而部分介导SUMO信号通路对CySCs干性的维持。 作为膜蛋白，Smoothened(Smo)可以将Hh的浓度梯度信号传递到细胞内，但是Smo对于Hh信号的响应机制尚不特别清晰。笔者发现Smo可以响应Hh信号而在细胞膜的脂筏体上形成多聚化/高级聚集。通过药物处理破坏脂筏结构可以降低Smo多聚化程度，并且影响高活性Hh信号的传递。此外，Smo胞内端在细胞膜上的多聚化对激活下游靶基因的表达是必要且充分的。 综上，本文揭示了Pc通过和转录因子Br以及甲基转移酶PR-Set7共同正向调控Pc+H3K27me3+H4K20me1+基因转录的新功能和新机制;鉴定了Fsh-Pc-Sce这一可正向调控Ci转录的新复合物;发现了SUMOylation维持成体果蝇精巢干细胞CySCs干性的新功能及机制;还发现了Smo响应胞外Hh信号而在细胞膜的脂筏体上形成多聚化/高级聚集进而传递高活性Hh信号的新机制。