在多細(xì)胞生物復(fù)雜的發(fā)育進(jìn)程中，基因的時(shí)空表達(dá)需要受到精確的調(diào)控。作為一個(gè)經(jīng)典的發(fā)育相關(guān)信號(hào)通路，Notch信號(hào)通路在進(jìn)化上高度保守，在發(fā)育進(jìn)程的多個(gè)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，包括細(xì)胞分化、細(xì)胞增殖、模式形成和成體組織穩(wěn)態(tài)等1，其失調(diào)可導(dǎo)致嚴(yán)重的人類發(fā)育缺陷和多種癌癥2。

與大多數(shù)信號(hào)通路不同，Notch信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中沒(méi)有第二信使或其它信號(hào)級(jí)聯(lián)放大機(jī)制，直接依賴Notch受體切割產(chǎn)生的胞內(nèi)段作為轉(zhuǎn)錄共激活因子啟動(dòng)下游靶基因表達(dá)3。因此，Notch信號(hào)通路對(duì)受體劑量高度敏感4。已有的研究表明，Notch受體的劑量受到一系列轉(zhuǎn)錄因子和翻譯后修飾的嚴(yán)格調(diào)控，但表觀遺傳是否直接調(diào)控Notch受體的劑量尚不清楚5。

論文截圖

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院朱健教授/劉敏副研究員課題組在Development雜志發(fā)表了題為“Stuxnet fine-tunes Notch dose during development usinga functional Polycomb response element”的研究論文，發(fā)現(xiàn)表觀遺傳調(diào)控因子Stuxnet通過(guò)抑制PRC1復(fù)合體的活性促進(jìn)Notch受體的轉(zhuǎn)錄，鑒定了介導(dǎo)Notch基因表觀遺傳調(diào)控的順式元件PRE，闡釋了表觀遺傳在Notch受體劑量調(diào)控中的作用機(jī)制。

在本工作中，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)遺傳篩選發(fā)現(xiàn)Stuxnet是Notch信號(hào)通路的正向調(diào)控因子，在多個(gè)組織中敲低或過(guò)表達(dá)stuxnet都會(huì)導(dǎo)致Notch信號(hào)通路的下調(diào)或過(guò)度激活（圖1 A—C''）。隨后團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)Stuxnet促進(jìn)Notch基因的轉(zhuǎn)錄（圖1 D—F）。遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，Stuxnet作用于PRC1復(fù)合體核心組分Pc的上游，其對(duì)Notch受體的調(diào)控作用依賴于PRC1復(fù)合體的活性。為證明Notch基因受到PRC1復(fù)合體的直接調(diào)控，團(tuán)隊(duì)通過(guò)DamID、ChIP和內(nèi)源報(bào)告基因系統(tǒng)鑒定了介導(dǎo)Notch基因表觀遺傳調(diào)控的順式元件PRE。敲除該P(yáng)RE使得Notch基因不再受到Stuxnet的調(diào)控，并導(dǎo)致Notch受體劑量的上調(diào)以及Notch信號(hào)通路在多個(gè)組織中出現(xiàn)活性上調(diào)的表型（圖1 G—P），表明Notch受體在表觀遺傳層面的調(diào)控具有重要的生理功能。本工作提供了表觀遺傳參與Notch受體劑量調(diào)控的直接證據(jù)，豐富了Notch信號(hào)通路的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，對(duì)人類先天發(fā)育缺陷和包括癌癥在內(nèi)的疾病預(yù)防和臨床治療有重要的意義。

圖1. 敲低和過(guò)表達(dá)Stuxnet分別導(dǎo)致Notch信號(hào)通路靶基因Wg和Cut的下調(diào)和上調(diào)（A—C''）；敲低和過(guò)表達(dá)Stuxnet分別導(dǎo)致Notch mRNA水平的下調(diào)和上調(diào)（D—F）；敲除介導(dǎo)Notch基因表觀遺傳調(diào)控的順式元件PRE導(dǎo)致Notch劑量的上調(diào)（G, H），并導(dǎo)致果蠅盾片上剛毛數(shù)目的減少以及含晶細(xì)胞數(shù)目的增多（I—P）

朱健和劉敏是該論文的共同通訊作者。朱健/劉敏課題組已出站博士后何濤博士和博士研究生范昱是該論文的共同第一作者，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院杜娟教授、北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士研究生易夢(mèng)媛和已畢業(yè)博士研究生李亞娟也作出了重要貢獻(xiàn)。該項(xiàng)目獲得科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金、細(xì)胞增殖與分化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心以及北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院?jiǎn)|產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基金的資助。