FOXK2调控排卵及雌性生殖的表观遗传机制研究

Mammalian ovulation and fertility are controlled by the hypothalamo-pituitary-ovarian (HPO) axis and modulated by various epigenetic cues. Previously, we showed that the forkhead transcription factor FOXK2 is transactivated by ERalpha. Recently, we generated Foxk2 knockout mice and found that mice with gene ablation of Foxk2 manifest anovulation and female infertility. We showed that Foxk2 null mice with this sex-specific phenotype have lowered serum luteinizing hormone (LH), progesterone and estradiol concentration and impaired LH surge. We demonstrated that Foxk2 interacts with the Sin3a complex, the dioxygenase Tet1, and the ubiquitin-like protein Uhrf1 in vivo, suggesting that Foxk2-mediated epigenetic regulation plays a role in the regulation of the expression of genes that are involved in LH production and ovulation. Our study aims to delineate the molecular mechanism underlying the role of FOXK2 in ovulation and female fertility thus will add to our understanding of the physiology of female reproduction.

哺乳动物排卵及雌性生殖主要由下丘脑-垂体-卵巢轴调控，而下丘脑-垂体-卵巢轴亦受制于多种表观遗传机制的影响。我们先期研究证明：雌激素受体可激活FOXK2的表达。我们随后构建的Foxk2基因全身敲除小鼠模型显示雌性纯合子黄体生成素（LH）及雌、孕激素含量明显下降，排卵异常，超排刺激后排卵恢复正常。我们初步研究表明：Foxk2能够与Sin3a复合体、Tet1蛋白及Uhrf1蛋白相互作用，提示Foxk2介导的表观遗传调控可能影响排卵过程的关键靶基因的表达，从而影响排卵及雌性生殖。本项目将通过研究叉头转录因子FOXK2作用的表观遗传机制，揭示FOXK2影响雌性排卵及生殖过程的分子机理，对认识雌性生殖障碍有重要的理论意义。

表观遗传的精密调控在机体生理病理情况下都发挥重要的作用，包括胚胎的发育，个体成熟、排卵及精子发生和肿瘤发生等。哺乳动物周期性排卵及雌性生殖主要是由下丘脑-垂体-卵巢轴调控的，该轴的正常功能亦受多种表观遗传机制的影响。在该项目资助下，我们已基本明确叉头蛋白FOXK2在垂体中高表达，且能够响应下丘脑GnRH高频刺激，在垂体内与SIN3A复合体、TET1及UHRF1蛋白相互作用，通过组蛋白去乙酰化修饰、DNA羟甲基化及H3K18位点泛素化修饰过程，抑制下游NAB2基因的转录调控过程，进而刺激LHbeta基因的表达上调，引发LH峰释放及排卵过程；当GnRH低频刺激时，FOXK2介导的表观遗传调控并不能抑制NAB2的表达，即NAB2可有效的抑制LHbeta基因表达，维持机体LH在较低水平，不能促发排卵。该研究成果揭示了FOXK2介导的表观遗传调控尤其是基因转录方面的功能在雌性哺乳动物周期性排卵过程中发挥的具体作用，同时为DNA羟甲基化及组蛋白泛素化新位点H3K18二者的转录抑制活性鉴定提供了新的证据，有效的补充了组蛋白密码的完整性，具有重要的科学意义。此外，以FOXK2基因敲除小鼠模型为研究对象，我们还发现了FOXK2介导的表观遗传调控可能与机体对肿瘤免疫应答和肿瘤细胞逃逸免疫效应相关联。最后，我们还分析了与FOXK2可以相互作用蛋白，找到蛋白去泛素化酶USP7和锌指蛋白CXXC5作为相关研究对象，阐明了USP7从转录调控到翻译后修饰两条途径协同甲级转移酶EZH2发挥表观遗传调控功能，揭示了H3K27位点甲基化的前提条件；另外，探索了CXXC5介导的TSC1基因转录抑制对mTOR信号通路开启的影响及具体分子机制，两个题目均围绕基因转录调控的表观遗传学机制开展研究。综上所述，在四年的项目执行期间，我们围绕基因表达调控与表观遗传学，着重以转录的分子机制、调控及功能为导向，顺利完成了相关工作研究。申请人在该项目资助下指导博士研究生2人，硕士研究生2人。