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据世界卫生组织统计,全世界癌症发病率正以每年3%的速度递增,全世界每年因癌症而死亡的人数已达700多万人。癌症已经严重威胁了人类生命健康,也成为医学界主要的研究和攻克对象。癌症之所以成为世界医学界久攻不下的顽疾,原因主要是因为现代医学界至今对癌症的复杂机制还没有真正了解。在过去的20年里,科学家们对于表观遗传学调控开展了广泛的研究。研究结果表明DNA甲基化、组蛋白修饰、核小体重塑和RNA介导的靶向作用调控了对于癌症发生至关重要的多种生物学过程。在癌症发生过程中往往伴随着这些表观遗传修饰的改变,且这些修饰是可逆的,这就为癌症治疗提供了一条新途径。 Bromodomain是一类非常保守的结构域,是唯一能够准确识别组蛋白和非组蛋白上乙酰化赖氨酸残基的结构域。在Bromodomain蛋白中有一类BET(Thebromodomain and extraterminal domain)蛋白家族,由于其与癌症的密切相关引起了科学家的广泛关注。哺乳动物中有4个BET蛋白,包括BRD2,BRD3,BRD4和BRDT,其中研究最多的是BRD4。关于BRD4在哺乳动物的研究中,仅仅阐述了BRD4参与细胞周期调控以及转录调控的研究,但是对BRD4其他内源性的功能并不清楚,特别是与发育的关系。由于BET蛋白在哺乳动物体内的复杂性使得研究其功能及其参与癌症的分子机制变得比较困难,而在果蝇中只有唯一的一个BET蛋白——FSH,该蛋白与哺乳动物BET蛋白结构上高度保守,且果蝇具有强大的遗传学优势,除此之外,果蝇是一个很好的研究蛋白质in vivo功能的模型,因此利用果蝇为模式生物对BET蛋白进行更详细的转录机制以及其在发育中的功能研究,从而推及到在哺乳动物中BET蛋白的作用,为攻克癌症提供新的线索。 以下是本论文中的主要结果: 1.FSH通过影响RNA聚合酶Ⅱ依赖的转录延伸来发挥转录激活的功能。 首先我们用modENCODE中已经发表的ChIP-seq数据以及合作的铁锋教授赠与的数据在全基因组上进行比对,研究FSH等在激活基因上的分布。发现FSH与CBP,RNA polⅡ共定位在转录激活的基因上。在果蝇S2细胞中将fs(1)h knockdown,发现靶基因都有不同程度的下调,且该下调有显著性差异,提示我们fs(1)h对于基因的转录激活是必要的。根据哺乳动物的文献报道,我们推测FSH跟哺乳动物BRD4一样通过影响转录延伸来调节基因转录。co-IP实验证明了FSH与RNA polⅡ CTD pS2有物理上的相互作用。ChIP实验结果表明FSH通过影响基因body处RNA polⅡ CTD2号位点的磷酸化来直接影响转录。 2.与哺乳动物功能一致,FSH参与细胞周期调控。 与哺乳动物一样,对果蝇S2细胞用不同浓度JQ1处理后,发现,随着JQ1浓度的提高,细胞周期受到影响,进入S期的细胞减少,细胞停滞在G1期。 3.FSH参与果蝇的生长发育。 fs(1)h突变体果蝇是胚胎致死的。在果蝇培养基中加入JQ1,果蝇的生长发育受到明显抑制。在低浓度JQ1条件下,果蝇发育迟缓;在高浓度JQ1处理时,果蝇在胚胎期死亡,不能长成成虫。并且fs(1)h突变体果蝇的突变提果蝇与Pc突变体杂交,拮抗了Pc出现多余性梳的表型,这种拮抗作用也在细胞实验中被证明。 综上所述,我们的研究工作证明了FSH可以通过影响RNA聚合酶依赖的转录延伸过程调节基因的表达,并且FSH会影响细胞周期。揭示了FSH在果蝇上的生物学功能跟哺乳动物的保守性,也初步研究了FSH在发育中的作用,为我们之后在果蝇的模型上研究BET蛋白参与癌症作用的分子机制提供依据。