MGA关联BMP信号转导和染色质调节

During development, at the cellular level signaling cascades initiated at cell surface relay a message through effector proteins,ultimately culminating in the nuclei,where chromatin regulators and transcriptional factors remodel the chromatin state and alter the gene expression. This event may be transient in nature, requiring the cells to response acutely to the developmental or environmental cues. How the signal transduction pathways directly communicate with chromatin to change its transcriptional state is not well-understood. Max Gene Associate (MGA) is a dual transcriptional factor containing T-box and bHLHzip domain, and a potential chromatin regulator. We found MGA associates with BMP type I receptor to reguate BMP, and enter into nuclei in response to BMP signal. We think MGA can shuttle between nuclei and cytoplasm, help to directly communicate BMP pathway and chromatin. We will utilize embryonic stem cell and zebrafish as in vitro and in vivo model, by constructing loss of function ES cells and zebrafish, to study the direct communication mechanism between BMP signal transduction and chromatin mediated by MGA.

生物有机体的发育和细胞命运的决定受到信号分子、转录因子以及染色质等多因子的调控。在生理条件下，常常要求细胞能够对信号刺激作出迅速反应，调整和改变其染色质状态，调控基因表达。这要求信号通路和染色质之间要建立直接有效的联系。然而，信号通路和染色质的通讯机制还研究的很不充分。MGA（Max Gene Associate)是一个具有T-box和bHLHzip双功能域的转录因子和潜在的染色质调节子。我们发现MGA在细胞质与BMP通路I型受体特异地互作，调控BMP信号；在受到BMP信号诱导后，它能够迅速进入细胞核结合染色质。本课题，基于信号转导、染色质调节以及表观遗传理论，利用小鼠胚胎干细胞和斑马鱼为研究材料，通过构建MGA功能缺失的体外和在体研究模型，研究MGA穿梭于细胞核和胞质，调控BMP信号以及介导BMP信号和染色质直接通讯的机制。本课题将为研究信号转导和染色质直接通讯提供新的思路。

生物有机体的发育和细胞命运的决定受到信号分子、转录因子以及染色质等多因子的调控。在生理条件下，常常要求细胞能够对信号刺激作出迅速反应，调整和改变其染色质状态，调控基因表达。这要求信号通路和染色质之间要建立直接有效的联系。然而，信号通路和染色质的通讯机制还研究的很不充分。MGA是一个具有T-box和bHLHzip双功能域的转录因子，以及与多梳蛋白复合体相关的染色质调节子。我们假设MGA在细胞质与BMP通路I型受体特异地互作，调控BMP等信号；在受到BMP信号诱导后，它能够迅速进入细胞核结合染色质，调控下游基因的表达。本课题利用小鼠胚胎干细胞和斑马鱼为研究材料，通过构建MGA功能缺失的体外和在体研究模型，研究MGA调控BMP信号以及介导BMP信号和染色质直接通讯的分子机制。本课题我们有如下重要进展：.1）发现MGA在胞质参与BMP信号调节。Mga并不直接和BMP通路I型受体互作，Mga对Bmpr1a的促进是同通过另外一个因子Bs69实现的。通过CRISPR/CAS9基因敲除Bs69，发现Bs69缺失后，斑马鱼胚胎展现腹侧化表型。而过表达Bs69导致斑马鱼胚胎背侧化。提示Bs69抑制Bmpr1a活性。进一步生化分析表明，Mga和Bmpr1a竞争性结合Bs69的羧基端基序，解除后者对Bmpr1a活性的抑制作用。.2）发现MGA作为染色质调节因子的新功能。为了研究Mga参与染色质调节的分子机制，我们进行了IP-Mass Spec实验，鉴定了一个Mga互作蛋白：ADNP。对ADNP深入机制研究发现，ADNP能够与BRG1和CHD4两个重要染色质重塑因子互作，参与染色质体调节和基因表达调控。由于MGA和ADNP互作， 该结果MGA参与染色质调节的新机制。.3）首次揭示Mga互作蛋白ADNP突变导致自闭症的分子机制。使用胚胎干细胞以及斑马鱼模型，我们发现ADNP通过与beta-Catenin互作，调控其蛋白稳定性，促进Wnt信号通路。.总之，我们发现，Mga及其互作蛋白ADNP在胞质参与调控Bmp和Wnt信号通路，在细胞核招募BRG1和CHD4参与染色质调节。因此，本项目研究结果不仅揭示了MGA/ADNP关联信号通路转导和染色质调节的重要机制，而且额外揭示了Mga/Adnp基因突变导致自闭症等神经发育缺陷疾病的关键分子机制。因此，研究结果在理论上和转化医学上具有重要意义。