JMJD3在肿瘤细胞衰老相关异染色质凝集形成中的作用及分子机制研究

细胞衰老相关异染色质凝集（SAHF）现象的发现拓展了人们对衰老的认识，表明染色质重塑与细胞的衰老密切相关。SAHF形成过程中伴随着组蛋白表观修饰的改变，具体机制尚不明确。组蛋白去甲基化酶JMJD3属于JmjC结构域蛋白家族，能够特异性地去除组蛋白H3K27位上的甲基。在癌基因Ras诱导的衰老中JMJD3能够促进衰老相关因子p16的表达。我们的前期工作在乳腺癌MDA-MB-231细胞中建立了化疗药物阿霉素及喜树碱诱导SAHF形成的模型；发现在SAHF形成过程中，组蛋白H3K27me2/3的水平显著降低，组蛋白去甲基化酶JMJD3的表达上升，并且过表达JMJD3能够促进MDA-MB-231细胞形成SAHF。本项目拟在现有工作基础上，在肿瘤细胞衰老模型中进一步研究JMJD3在肿瘤细胞SAHF形成中的作用及分子机制，为进一步明确组蛋白甲基化修饰在SAHF形成中的作用及机制提供重要的理论基础。

癌基因的诱导或者复制性衰老都可以引起人二倍体成纤维细胞的细胞核内染色质重排，形成异染色质凝集，这一形象被称为衰老相关的异染色质凝集（SAHF），这一现象可以稳定细胞衰老的状态。RB蛋白在SAHF的形成中发挥着至关重要的作用，那些RB蛋白突变或者不能够被激活的细胞系是不能够形成SAHF的。据报道，RB蛋白的翻译后修饰，如Ser807/811的磷酸化调控着许多细胞生命活动，并且RB蛋白的甲基化可以影响其磷酸化。但是RB蛋白究竟是怎样影响SAHF的形成的，其甲基化是否也会影响SAHF的形成过程尚不清楚。JMJD3是属于JMJD家族的一个组蛋白去甲基化酶，可以去除组蛋白H3K27位的甲基化，参与许多生命活动，比如免疫应答、细胞分化、细胞衰老等。在本项目的研究中我们发现，JMJD3可以对RBK810位的甲基化进行去甲基化。JMJD3在H-RasV12诱导的细胞衰老以及SAHF形成过程中表达上调，在WI38细胞中过表达JMJD3可以诱导细胞形成SAHF。在SAHF形成过程中，JMJD3在细胞质中聚集并且通过其JmjC结构域与RB蛋白相互结合。进一步研究发现JMJD3对RB蛋白K810位去甲基化，从而阻止了CDK4与RB蛋白的结合，降低了S807/811的磷酸化水平。本项目的研究结果表明，JMJD3是一个新的SAHF的诱导因子，同时首次发现了JMJD3能够对非组蛋白进行去甲基化，可以对RB蛋白去甲基化促进SAHF的形成。同时我们提出，RB蛋白K810位的去甲基化可以促进SAHF的形成，提出了新的影响SAHF形成的机制。