Brd4应激活化的信号和分子调控机制及其作为抗肿瘤靶点的前景

The complex consisting of P-TEFb (Positive transcription elongation factor) and its recruitment factor Brd4 (Bromodomain containing protein 4) has been shown to play key role in promoting the transition of pausing elongation to productive elongation and in regulating the transcription of stress-inducible genes. We reported that the extracellular stimulations could induce the activation of Brd4 and that this activation was crucial for Brd4 to recruit P-TEFb for regulating the expression of stress-inducible genes. Our recent screening assay suggested that the collaboration of histone deacetylase (HDAC) and protein phasphatase-dependent signal pathways were required for the activation of Brd4. In this proposal, we plan to further identify the exact proteins in the signal pathways and illustrate the molecular mechanism of the collaborative activation of dual signal pathways, and explore the application potential for targeting the Brd4 activation mechanism in anti-cancer therapy.

由正性转录延伸因子P-TEFb及其募集因子Brd4蛋白所组成的复合物，在调控基因转录延伸重启中扮演关键作用，与应激性基因转录表达的调节密切相关。我们新近报道了外界刺激因子对Brd4的应激活化作用，并且证明该活化过程是调控P-TEFb募集以及应激性基因转录表达的关键机制。前期筛查结果提示：Brd4的应激活化涉及组蛋白去乙酰化酶和蛋白磷酸酶两条信号途径的协同作用。本项目拟在前期实验研究的基础上，进一步甑别Brd4应激活化相关信号途径、阐释Brd4应激活化的信号和分子调控机制、探讨该机制在抗肿瘤治疗中的应用价值。有关成果，对于应激生物学的研究，应该具有重要的意义。

近年来，全基因组扫描研究发现：真核细胞中约有大量的基因是具有即时转录活性的应激性基因，其表达产物大多与胚胎发育调节和细胞应激反应等事件相关；这些基因的启动子区下游近端已被早期转录延伸复合体占据，但却可以长期处于转录延伸暂停的状态。当遇到外界刺激时，这些基因即可直接进入延伸转录状态、合成全长mRNA，而无需从PIC的组装开始，使细胞可以对外界刺激进行快速应答。因此，这些发现更新了基因表达调控的观念----即基因表达主要取决于转录起始调节的观念，并引进了基因转录延伸应激重启调控的新观念。由于P-TEFb是调控延伸重启的核心因子， P-TEFb/及其通用募集因子Brd4和SEC（超级延伸复合物）在调控这些应激性基因转录延伸应激重启过程中，可能扮演核心的角色。在本项目中，我们已完成项目申请所计划的研究的内容。首先揭示了Brd4的活化调控机制，发现在细胞内，绝大多数的Brd4平时被锁闭在染色质上，当细胞受到外界刺激，可通过被活化的蛋白磷酸酶PP1和组蛋白区乙酰化酶HDAC1/2/3两条信号通路的协同作用，调控结合与核小体组蛋白上的Brd4从染色质上释放出来，从而可结合并募集P-TEFb、以调控基因转录的延伸重启，首次揭示了延伸调节因子活化的细胞分子生物学机制。在此基础上，我们进一步的研究阐明被信号刺激活化的Brd4和SEC，通过多个募集通道应激募集多个P-TEFb的机制，并揭示多个P-TEFb分子分别磷酸化负性转录延伸因子DSIF和NELF、协同解除DSIF和NELF对转录延伸重启的抑制作用，从而调控RNA Pol II转录延伸重启的详尽分子机制，从而将Brd4和SEC这两个原本被分开进行研究的领域，整合统一在一个分子模型中。持续炎症反应是临床上常见的例子，我们的研究发现被药物HMBA活化的Brd4，可通过结合炎症信号通路NF-kB的核心组分RelA，将RelA长时间“扣留”在细胞核内，同时抑制NF-kB的负反馈抑制因子A20的转录表达，从而导致持续炎症反应长时间无法消退的细胞生物学机制，为抗炎药物的研发提供了新的药物作用分子靶点。此外，我们的研究还发现PKD3激酶对炎症反应信号通路—NF-kB活性的调控作用，并将我们的研究拓展到研究病毒蛋白通过抑制乙酰化酶PCAF1、从而调控基因表达的分子机制等方面，并获得相关研究成果。