p53蛋白的表观遗传学功能研究

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DNA甲基化(DNA Methylation)修饰是生物体内最重要的表观遗传学修饰。DNA甲基化通过影响染色体结构的改变、DNA结合蛋白与DNA之间的相互作用的改变从而实现基因的转录调控。DNA甲基化修饰异常会导致基因表达的紊乱从而引发多种疾病比如肿瘤的发生。DNA的甲基化修饰异常是肿瘤细胞的最主要特征之一,然而,目前关于肿瘤的甲基化修饰异常与肿瘤发生的因果关系仍然不是很清楚。p53作为最为常见的的肿瘤抑制基因,目前发现的肿瘤中有50%以上p53都发生了突变,是迄今为止发现的与肿瘤发生关系最密切的基因。作为一种转录因子,p53蛋白在细胞核内中往往通过结合靶基因的特定的DNA序列从而调控该基因的转录并进一步调节一系列的生物学过程,比如细胞周期调控、DNA损伤修复、细胞凋亡、血管生成抑制等。p53蛋白与肿瘤发生的关系及对基因的表达调控已经有很多研究,然而p53蛋白与肿瘤细胞的甲基化修饰异常的关系以及作为转录因子p53蛋白是如何识别体内不同修饰的DNA从而实现对基因的表达调控的尚未有报道。  羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine,5hmC)是近几年发现的一种新的DNA甲基化修饰。在生物体内,5hmC的生成主要由TET(ten-eleven translocation)家族蛋白催化完成,5hmC在生物体内作为一种广泛且稳定存在的DNA修饰影响着基因的转录。在生物体内一些蛋白可以通过识别5hmC从而起到调节基因转录的作用。在肿瘤细胞中,基因组的DNA存在着大规模的5hmC水平降低的现象,关于肿瘤与5hmC水平降低的关系目前仍然不是很清楚。  本研究发现p53蛋白在细胞内起到维持基因组5hmC水平的作用。通过检测不同的动物细胞,我们发现在缺失了p53的细胞中5hmC水平变得更低;在缺失了p53的细胞中表达p53蛋白后会提高细胞内基因组5hmC的含量;进一步研究发现p53蛋白在细胞核内通过招募TET蛋白到其靶位点附近并将其附近DNA进行羟甲基化修饰,进而起到激活相关靶基因转录的作用。接下来我们发现,p53蛋白对5mC与5hmC修饰的DNA有着更强的偏好性,表明p53蛋白作为一种5mC或者5hmC修饰的阅读蛋白(Reader)可以识别并结合5mC或者5hmC修饰的DNA,并进一步结合TET蛋白并对DNA进行修饰从而发挥其调控基因表达的作用;接下来,我们发现p53-TET蛋白在生物体内共同调节着斑马鱼的早期发育以及影响肿瘤起始阶段的血管发生过程;最后,通过分析一系列人类肿瘤样本我们发现了p53蛋白的表达与肿瘤细胞基因组的5hmC水平降低存在着相关性。综上所述,我们研究发现p53蛋白通过识别并结合甲基化修饰的DNA,并通过招募TET蛋白到其结合位点附近进而改变DNA的修饰状态从而调节相关基因表达;同时这种调控机制在包括斑马鱼早期发育以及肿瘤发生过程中血管发生等过程中起到重要的作用。
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