Sonic Hedgehog(Shh)蛋白是脊椎动物中一种重要的形态发生因子(morphogen),Shh蛋白所介导的信号通路在胚胎时期的细胞分化、组织发育及器官形成中扮演着中心角色。因此,深入研究Shh信号通路的调控机制,对于理解胚胎发育、出生缺陷及肿瘤的发生发展均具有重要的意义。在细胞内,Gli家族(Gli1,2,3)的精细调控是控制Shh通路活性的一个重要因素。已有的研究表明,类泛素化修饰(Small Ubiquitin-like modifier,SUMO)这种蛋白质翻译后修饰形式,能够通过改变Gli家族各成员的SUMO修饰水平,从而调控Gli蛋白的生物学活性。在前期工作中,本课题组证实逆向去SUMO化修饰的蛋白酶SENP2的缺失会引起Shh信号通路应答障碍。因此,在第一部分的研究中,我们的工作主要致力于解析SENP2对Shh信号通路调控的分子机制。我们分别利用siSENP2和SENP2敲除的MEFs细胞,发现当SENP2敲除后Gli2的表达明显降低。进一步研究表明Polycomb group(PcG)家族中Polycomb repressive complex 1(PRC1)核心成员CBX4可以调控Gli2基因的表达。SENP2可以催化CBX4的去SUMO化使CBX4在Gli2启动子区域聚集较少,而从减弱PcG催化的H3K27me3对Gli2表达的抑制作用。本研究进一步为Shh信号通路的调控机制提供了宝贵的依据。在细胞外,细胞所处的微环境对于细胞的生命活动也起着重要的调控作用。细胞和微环境的协调配合也影响着生物或病理过程中的表型结果。我们常规细胞培养的2D系统不足以研究细胞微环境的影响,特别是研究发育或疾病过程中细胞或组织的动态变化。因此,3D培养提供了更加接近体内生存条件的细胞生长微环境。在第二部分的研究中,我们设计了一组具有刚度和细胞粘附能力可调性的明胶/聚丙烯酰胺网络互穿IPN水凝胶,并以基质的刚度和粘附性能作为动态因素来确定Shh信号通路传导输出的调节因子。我们发现,随着IPN水凝胶的明胶/聚丙烯酰胺比例增加,MEFs细胞的Shh信号通路应答出现两个峰值。其中当明胶比例较小时,细胞主要受基质刚度的调节,MEFs细胞的Gli1表达出现第一个峰值,而当明胶比例进一步增加且粘附特性处于领先位置时,Shh诱导的Gli1表达呈现第二次快速增加。最后,我们还发现整合素Integrin-β1和粘着斑激酶FAK分别作为基质刚度和粘附性的传感器,表明通过细胞微环境精确调控Shh信号通路的重要意义。