血红蛋白是动物体内一类至关重要的蛋白质,主要负责体内氧气的运输。人体内的血红蛋白由四个亚基组成,分别是两个α-珠蛋白亚基和两个β-珠蛋白亚基。β3-珠蛋白基因的突变会导致β-地中海贫血症和镰刀状贫血症。患者体内血红蛋白结构的变化,导致其携氧能力急剧降低,严重危害身体健康甚至生命。因此,研究β-珠蛋白基因的表达调控机制对于这类贫血症的治疗有着重要的意义。其中通过提高γ-珠蛋白的表达,一定程度上取代β-珠蛋白的作用被认为是一种有效的治疗策略。临床上也证实使用提高γ-珠蛋白基因表达的相关药物可以有效缓解这些病人的症状。本论文的第一部分主要阐述了核蛋白LYAR在γ-珠蛋白基因的表达调控过程中的作用及其机理,从而为此类贫血病药物的研发提供理论依据。人胎儿期γ-珠蛋白基因的表达在胎儿出生后不久会发生转换,被成人的β-珠蛋白基因表达所取代。至今,珠蛋白表达转换的分子机制还不清楚。在先前的研究中我们发现了蛋白质精氨酸甲基转移酶PRMT5可以催化组蛋白H4R3位点发生对称性双甲基化从而导致γ-珠蛋白基因的沉默。在本课题研究中,我们发现了核蛋白LYAR与PRMT5之间存在相互作用,并且PRMT5与γ-珠蛋白启动子的结合依赖 LYAR 蛋白的存在。通过 CASTing(Cyclic Amplification and Selection of Targets)实验,我们确定了 LYAR的DNA特异结合序列为GGTTAT。而在γ-珠蛋白基因的5’ UTR区域恰好存在该序列。EMSA和ChIP实验证实LYAR确实可以结合到γ-珠蛋白基因5’ UTR对应区域的GGTTAT位点。在此基础上,我们在人红系细胞K562和人原代红系祖细胞中证实了 LYAR可以抑制γ-珠蛋白基因的表达。因此,LYAR作为一个新发现的转录因子,可以结合到γ-珠蛋白基因上并且参与了γ-珠蛋白基因表达的直接调控。基因表达除了受到传统的转录因子调控外,也受到表观遗传机制的调节。表观遗传是指在DNA序列不改变的情况下,基因的表达发生了可遗传的变化。近十几年来表观遗传学的迅速发展揭示了包括癌症在内的诸多疾病的分子发生机制,从而为这些疾病的治疗打下了良好的理论基础。癌症是当今社会对人类健康和生命威胁的重大疾病之一。而绝大部分癌症病人的死亡都是由于肿瘤细胞的转移扩散所导致的。癌细胞在人体内的转移是一个非常复杂的生理学过程,机制还不是很清楚。上皮向间充质转化过程(Epithelial-mesenchymal transition,EMT)在癌细胞的转移过程中扮演了重要的角色。因此,EMT过程的基因调控研究对于癌症的发生机制及临床治疗具有重大意义。在本论文的第二部分主要阐述了蛋白质N末端乙酰基转移酶NATD对EMT过程中的重要转录因子Slug调节的表观遗传机制。NATD是蛋白质N末端乙酰基转移酶家族成员之一,可以催化组蛋白H4发生N末端乙酰化。但是NATD在细胞内的生物学作用及功能研究并不多。在本论文研究中,我们发现NATD在肺癌病人的肿瘤组织中高水平表达。NATD下调后,H1299肺癌细胞的迁移能力显著降低;同时EMT过程相关的转录因子和标记分子(Slug、E-cadherin、N-cadherin、Vimentin)的显著变化表明 NATD 的下调抑制了 EMT过程。ChIP实验表明NATD的下调导致Slug启动子区域上的组蛋白标记发生了相关变化,抑制了 Slug的表达,从而影响了 EMT过程。总之,NATD可以催化组蛋白H4发生N末端乙酰化,通过激活Slug的表达促进EMT过程。该研究为今后肺癌的靶向治疗提供了潜在的新的策略。