泛素化连接酶dBre1调控果蝇雌性生殖干细胞维持及其定向分化发育的功能研究

果蝇卵巢生殖干细胞（GSC）的自我更新与定向分化是雌蝇持续不断产生成熟卵子、保持生殖活力的前提与基础。除传统的遗传控制之外，表观遗传调控在GSC维持中的作用已越来越受到重视。我们在前期工作中发现，泛素化连接酶dBre1基因失活突变可导致成体果蝇不能维持其卵巢GSC数量的相对恒定，进一步实验排除了细胞凋亡在此突变表型中的作用。鉴于干细胞外周微环境niche及其与GSC的互作在GSC维持中的核心地位，本项目拟从niche的形成与功能维持、GSC对niche信号的应答以及niche体细胞与GSC间的细胞黏附等多个层面，解析表观遗传因子dBre1调控干细胞维持的作用机理。研究还将适时拓展到筛查dBre1基因突变对GSC定向分化发育的可能影响。果蝇卵子发生作为理想的模式系统，已被成功地应用于干细胞的研究。本项目的开展将从表观遗传角度为揭示果蝇GSC发育的分子调控路径与网络提供更多的线索和依据。

基于前期工作，本项目应用分子及遗传学技术方法进一步探讨了E3泛素连接酶dBre1在果蝇卵巢生殖干细胞（Germline stem cells, GSCs）命运调控中的作用及其机理，研究取得了以下结果：（1）dBre1以细胞自主和非自主两种方式调控GSC细胞的命运维持，这一功能的实现是通过作用于源自干细胞微环境的BMP信号通路以及GSC与其微环境细胞间的细胞黏附来完成的；（2）dBre1以非细胞自主方式作用于源于GSC的生殖细胞谱系的分化发育。在EC（escort cells）细胞中敲减dBre1可干扰GSC的逐级分化过程，生殖细胞谱系发育阻滞在CB(cystoblast)细胞层面。机理研究证实，EC细胞内dBre1通过调节BMP信号活性而作用于生殖细胞的分化进程；（3）dBre1以及组蛋白H3K4三甲基转移酶dSet1在果蝇卵巢组织细胞内组蛋白H3K4三甲基化修饰中发挥不可或缺的功能。dSet1和dBre1组建一条负责组蛋白H3K4三甲基化修饰的分子通路，进而调控卵巢组织中GSC的自我更新与分化发育。本项目研究鉴定出GSC细胞命运调控中新的表观遗传机理，为认识与理解干细胞发育及其机制提供了有价值的数据和信息。