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活性氧(ROS,Reactive oxygen species)是在细胞内源或者外源的氧化还原反应过程中产生的,其在细胞信号转导及稳态平衡过程中起到重要的作用,一方面,细胞内的ROS可以调控基因表达及细胞周期;另一方面,ROS在细胞内的积累也会对细胞产生极大的危害。因此细胞内ROS的含量处在一种产生与消除的稳态平衡中,一旦这种平衡被打破,ROS便开始对细胞造成损害。对于大多数的真核好氧生物来说,消除ROS过程中重要的步骤就是通过一些酶将它们转化为对细胞没有危害的物质,比如超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(Catalase),SOD将ROS转化为过氧化氢,接着Catalase将过氧化氢分解为氧气和水。因此精确的维持细胞内ROS稳态对于细胞自身的发育及分化是十分重要的,过氧化氢酶在生物适应环境及对抗外界的压力刺激方面发挥重要的功能。丝状真菌粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)是一种重要的模式生物。在粗糙脉孢菌中共发现三种Catalase,分别是CAT-1、CAT-2和CAT-3,这三种过氧化氢酶在菌丝生长发育和形态转变过程中起到重要作用,因此其表达水平是受到严格控制的。在本实验室前期的研究中,我们发现用过氧化氢刺激粗糙脉孢菌能够诱导cat-3基因的大量表达,同时引起cat-3基因区域组蛋白乙酰化修饰的大幅度提高,但是其响应过氧化氢刺激的调控机制一直不清楚。本研究工作通过对粗糙脉孢菌的乙酰转移酶突变体库进行筛选,确定了粗糙脉孢菌在响应氧化胁迫过程中负责组蛋白乙酰化修饰的乙酰转移酶GCN5。和野生型相比,gcn5KO突变体中cat-3的表达水平显著下降且不再能够被过氧化氢刺激诱导增加。更重要的是,本研究还找到了调控cat-3基因表达的一个关键转录因子CPC1,它是酵母中GCN4的同源蛋白。在cpc-1(j-5)突变体中,cat-3基因的表达水平也显著的低于野生型且不再能够被过氧化氢刺激诱导增加。染色质免疫共沉淀实验(ChIP)证实CPC1可以结合在cat-3基因的启动子区域,而且CPC1在此区域的结合能力随过氧化氢刺激而增加。当转录激活因子CPC1结合在cat3基因的启动子区域时,就会募集组蛋白乙酰转移酶GCN5到该区域,对该区域的组蛋白进行乙酰化修饰,进而激活cat-3基因的转录。在粗糙脉孢菌孢子萌发形成菌丝的过程中,CPC1和CAT-3蛋白的表达呈现相同的变化趋势,同时,在应对过氧化氢刺激的过程中,CPC1和CAT-3蛋白的表达水平也呈现同样程度的增加,说明CPC1与CAT-3蛋白的表达是正相关的。之前的报道指出,转录因子NAP1能够调控cat-3基因的表达,为此我还构建了转录因子CPC1和NAP1的双突变体,从双突变体的表型及响应过氧化氢刺激的能力可知,CPC1才是调控CAT-3蛋白响应过氧化氢刺激表达的关键转录因子。在本文工作中,我发现组蛋白乙酰转移酶GCN5和转录因子CPC1在细胞内维持cat-3基因表达及响应氧化胁迫刺激过程中发挥了重要功能。以上研究结果在粗糙脉孢菌中首次证实了转录因子CPC1对于CAT-3转录激活的重要性,说明了 CPC1蛋白在激活CAT-3转录过程中需要与GCN5介导的组蛋白乙酰化相互协调,从而精确的调控cat-3基因表达。