果蝇FMRP与Piwi互作以维持生殖细胞异染色质基因沉默的研究

Fragile X syndrome is the most common form of inherited mental retardation, caused by the loss of the fragile X mental retardation protein (FMRP), but the mechanism remains poorly understood. Recent studies found that FMRP participated in the DNA damage response to maintain genome stability, which provided opportunities to investigate this disease. Based on the current research, we further hypothesize that FMRP could be prerequisite to heterochromatic gene silencing in germ cells. Our primary data showed that Drosophila FMRP partially inhibited the position effect variegation of eyes, sponsoring our proposal. Our research will focus on this noval phenotype with Drosophila model, assay the interacting molecules of dFMRP, assess the effects of dFMRP on heterochromatic modification and transposition, and finally explore the mechanism underlying that dFMRP regulates heterochromatic silencing by interacting with Piwi in piRNA pathway, using genetic crossing, immunofluorescence staining, immunoprecipitation and molecular biology technique. Our research would enhance the understanding of the mechanism of Fragile X syndrome, and thus provide some potential strategies to prevent and cure this disease.

脆性X综合征是一种最常见的遗传性智力低下疾病，由于脆性X智力低下蛋白（FMRP）缺失导致的，但至今对其致病机理仍然不是很清楚。最新研究发现，FMRP参与DNA损伤应答，维护基因组稳定性，这一新发现开创了研究脆性X综合征新领域。异染色质基因沉默与基因组稳定性具有紧密联系，特别是在生殖细胞中。在前期研究基础上，本研究拟探索FMRP在生殖细胞内对异染色质基因沉默的影响。我们初步研究表明果蝇FMRP部分地抑制眼睛位置效应花斑，支持了上面假设。本研究围绕这个新颖科学问题，以果蝇为疾病模型，综合使用遗传杂交、免疫荧光染色、免疫共沉淀和分子生物学等技术和方法，通过验证dFMRP互作蛋白分子，检测dFMRP对异染色质修饰和转座子活性的影响，深入地探讨dFMRP与Piwi互作,通过piRNA路径调控异染色质沉默的分子机制。我们的研究将为脆性X综合征发病机理提供一个新见解，并且为预防和治疗提供一定的科学依据。

脆性X综合征是一种最常见的遗传性智力低下疾病，由于脆性X智力低下蛋白（FMRP） 缺失导致的，但至今对其致病机理仍然不是很清楚。最新研究发现，FMRP参与DNA损伤应答，维护基因组稳定性，这一新发现开创了研究脆性X综合征新领域。异染色质基因沉默与基因组稳定性具有紧密联系，特别是在生殖细胞中。本研究发现FMRP在生殖细胞内对异染色质基因沉默的影响。获得的研究表明，果蝇FMRP部分地抑制眼睛位置效应花斑，表明dFMRP在生殖系统维持异染色质沉默和基因组稳定的表型;利用GMR-GAL4系统，在果蝇卵巢里进一步验证dFMRP与Piwi互作,dFMRP与Piwi协同作用影响果蝇卵巢发育，包括卵巢大小和育性; 利用免疫荧光染色，检测dFmr1突变体组蛋白修饰和结合蛋白变化：在野生型果蝇滤泡细胞中，HP1富集在染色体中心区域，呈新月状分布 。相反，在dFmr150M突变体中，HP1分布异常，弥散在整个细胞核内。piwi2突变体果蝇也有类似表型,表明dFMRP影响染色质的稳定性；在分子机制上，dFMRP与Piwi生化上结合在一起，并且与通过各自N端结合在一起；最后，定量PCR和RN-Seq技术进一步分析转座子转录水平，结果发现数据显示，Het-A、mdg1、mst40等反转录转座子表达量有所升高。我们的研究将为脆性X综合征发病机理提供一个新见解，并且为预防和治疗提供一定的科学依据。