组蛋白乙酰转移酶基因Atac2在果蝇中肠干细胞调控中的作用与机理研究

The intestinal stem cell (ISC) is essential to maintain the intestinal epithelia regeneration and tissue homeostasis. Through a large scale of RNAi-mediated genetic screen, we indentified an evolutionarily conserved histone acetyltransferase Atac2 as a novel regulator of ISC. The ISC number was increased upon suppression of Atac2; while over-expression of Atac2 promoted the ISC differentiation pathway. This project aims to investigate several topics：the molecular mechanisms of Atac2 in the ISC regulation; the requirement of HAT function of Atac2; the identification of the HDAC gene that antagonizes the effects of Atac2; the downstream targets of Atac2 in ISC. This work will demonstrate in vivo evidence of the Atac2-mediated histone acetylation in ISC regulation and provide new clues of using ISC for the treatment of intestinal diseases caused by the impaired epithelia regeneration.

肠道干细胞（ISC）在维持肠道细胞更新，保证肠道健康中具有非常重要的作用。本研究组以果蝇中肠为研究对象，通过大规模体内RNAi筛选实验，发现了一种进化上保守的组蛋白乙酰转移酶基因Atac2参与肠道干细胞的调控。前期结果显示，Atac2被抑制后ISC数量显著增多，并形成ISC样细胞团；高表达Atac2则促进ISC的分化。在此发现的基础上，本项目将利用多种遗传学、细胞生物学、分子生物学和高通量分析等手段，深入研究Atac2具体调控了ISC增殖与分化的哪些方面；Atac2的组蛋白乙酰化功能在此过程中的作用如何；与Atac2反向作用的组蛋白去乙酰化酶基因（HDAC）是什么；在ISC中，受Atac2调控的靶基因有哪些。本项目将为揭示Atac2在肠道干细胞调控和肠道上皮修复中的作用提供科学证据；为人们探索由于组织更新障碍所引起的肠道疾病的发病机理，以及如何在体内控制ISC定向分化提供新的理论依据。

肠道干细胞在促进肠道健康、维持肠道正常功能的过程中发挥了重要作用。在前期工作中，本研究组以果蝇中肠为模型，通过大规模的体内RNAi筛选，发现了一个进化上保守的组蛋白乙酰化转移酶Atac2促进肠道干细胞分化。本项目是对Atac2在ISC中的功能和作用机理展开的深入研究，获得了两项重要发现。.一、发现Atac2与I型组蛋白去乙酰化酶Rpd3（HDAC1）在功能上相互拮抗，共同调控肠道干细胞的稳态。ISC分裂以后，Atac2促进、Rpd3抑制ISC后代细胞的分化。说明二者在调控ISC分化上功能相反。然而，在Atac2或者Rpd3单独缺失的情况下，ISC停止分裂，转而进入休眠状态。Atac2的乙酰化功能和Rpd3的去乙酰化功能对于调控ISC分裂和分化过程都是必需的。这些结果说明：1、在Atac2和Rpd3调控的下游靶基因里，包含某些关键的细胞周期基因和ISC分化调控基因；2、ISC分裂是分化的一项前提条件；3、ISC的分裂和分化对于Atac2和Rpd3的表达量敏感。目前，某些小分子HDAC抑制剂（HDACi）已经作为药物在临床上得到应用，但同时会产生一些副作用。以上研究发现，结合其它实验室的研究结果，对于正确使用HDACi的时间和用药剂量有重要的指导意义。..二、发现了一批受Atac2和Rpd3共同调控的潜在下游基因。为了深入研究Atac2和Rpd3调控ISC分化的分子机理，利用二者作用相反的特点，通过转录组测序分析，发现了一批受二者共同调控，但调控方向相反的下游基因。其中一个重要发现是，Atac2和Rpd3调控几个小分子非编码RNA（piRNA）信号通路上的关键成分。这些结果揭示了piRNA通路可能参与对ISC分化的调控，并且piRNA通路上的几个关键蛋白受Atac2和Rpd3这一对表观遗传调控因子的转录调控。piRNA通路是目前表观遗传调控研究领域的一个研究热点。该信号通路主要在动物生殖干细胞中发挥功能。但有结果显示，piRNA通路很可能也参与了对成体干细胞的调控。因此，本项发现将为揭示piRNA在成体干细胞中的功能提供重要线索。