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

與大多數(shù)信號通路不同，Notch信號轉(zhuǎn)導中沒有第二信使或其它信號級聯(lián)放大機制，直接依賴Notch受體切割產(chǎn)生的胞內(nèi)段作為轉(zhuǎn)錄共激活因子啟動下游靶基因表達3。因此，Notch信號通路對受體劑量高度敏感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

北京大學生命科學學院朱健教授/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通過抑制PRC1復合體的活性促進Notch受體的轉(zhuǎn)錄，鑒定了介導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)控中的作用機制。

在本工作中，研究團隊通過遺傳篩選發(fā)現(xiàn)Stuxnet是Notch信號通路的正向調(diào)控因子，在多個組織中敲低或過表達stuxnet都會導致Notch信號通路的下調(diào)或過度激活（圖1 A—C''）。隨后團隊發(fā)現(xiàn)Stuxnet促進Notch基因的轉(zhuǎn)錄（圖1 D—F）。遺傳學實驗表明，Stuxnet作用于PRC1復合體核心組分Pc的上游，其對Notch受體的調(diào)控作用依賴于PRC1復合體的活性。為證明Notch基因受到PRC1復合體的直接調(diào)控，團隊通過DamID、ChIP和內(nèi)源報告基因系統(tǒng)鑒定了介導Notch基因表觀遺傳調(diào)控的順式元件PRE。敲除該PRE使得Notch基因不再受到Stuxnet的調(diào)控，并導致Notch受體劑量的上調(diào)以及Notch信號通路在多個組織中出現(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信號通路的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，對人類先天發(fā)育缺陷和包括癌癥在內(nèi)的疾病預防和臨床治療有重要的意義。

圖1. 敲低和過表達Stuxnet分別導致Notch信號通路靶基因Wg和Cut的下調(diào)和上調(diào)（A—C''）；敲低和過表達Stuxnet分別導致Notch mRNA水平的下調(diào)和上調(diào)（D—F）；敲除介導Notch基因表觀遺傳調(diào)控的順式元件PRE導致Notch劑量的上調(diào)（G, H），并導致果蠅盾片上剛毛數(shù)目的減少以及含晶細胞數(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，中國農(nóng)業(yè)大學植物保護學院杜娟教授、北京大學生命科學學院博士研究生易夢媛和已畢業(yè)博士研究生李亞娟也作出了重要貢獻。該項目獲得科技部、國家自然科學基金、細胞增殖與分化教育部重點實驗室、北大-清華生命科學聯(lián)合中心以及北京大學生命科學學院啟東產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基金的資助。