真核生物mRNA poly(A)结合蛋白(PABP)功能及调控研究

In eukaryotes, transcription and translation take place in nucleus and cytoplasm separately. Most known mRNAs are polyadenylated at their 3' ends in nucleus and then translocated to cytoplasm for protein translation. PABP is a family of poly(A)-binding proteins that binds to mRNA poly(A) tail with high specificity. Accumulating data has revealed that a member of this family, PABP1, is required for mRNA nucleus-cytoplasm transportation, mRNA stability and translation initiation. Our primary data showed PABP1 may also have novel functions in regulating p53 transcriptional activity, mdm2 degradation and autophagy. Moreover, we identified that post-transcriptional modification of PABP1, including phosphorylation and acetylation, may bridle the shuttling of PABP1 between nucleus and cytoplasm. Furthermore, we identified a novel PABP protein. We thus propose to study the mechanism and new functions of PABP1 in regulating apoptosis, autophagy, and the radiation- and drug-resistance of cancer cells. We also plan to study the function of cytoplsm located SirT1 in PABP1 regulation in some cancer cells. Finally, we will study functions of the identified PABP isoform. Our project will contribute to understand the mechanism of how eukaryotes finely regulate the gene expression at different levels and provide new strategy for tumor therapy.

真核生物基因转录和翻译分别在细胞核和细胞质中进行，大多数新合成的mRNA要经过3' Poly(A)化才能被运输出核进而在细胞质中完成翻译。一类Poly(A)结合蛋白（PABP）能特异结合mRNA Poly(A)参与基因表达调控，其中以PABP1研究较多。PABP1在核内与Poly(A) 结合并转运mRNA出核，在细胞质中参与蛋白质翻译启动。我们初步发现PABP1可能在p53的转录活性、mdm2蛋白降解和细胞自噬方面有新功能；并检测到乙酰化和磷酸化修饰位点突变能明显改变PABP1核质转运；还鉴定到一个新PABP蛋白。我们计划研究：PABP1核质转运调控机制；PABP在肿瘤细胞凋亡、自噬和耐药耐辐射方面的新功能；肿瘤细胞内去乙酰化酶SirT1异常细胞质分布对PABP1功能影响；并研究我们发现的新PABP蛋白功能。该研究有助于深化了解真核生物复杂的基因表达调控过程，为肿瘤治疗提供理论基础。

细胞能量稳态调控对细胞生存死亡至关重要。细胞可以通过调整基因转录、核糖体生成、蛋白质生成与降解、脂类降解等多个过程，实现能量稳态维持。在该课题的资助下，我们针对调控细胞能量代谢的因子开展研究，具体内容如下。. 绝大多数真核细胞生物的mRNA在细胞核内要经历poly(A)化修饰，该修饰对mRNA核质转运和蛋白质翻译都至关重要。但目前对该转运过程是如何调控的有待了解。我们发现，一种去乙酰化酶SIRT1可作为一种细胞能量状态的感应器，可通过干预poly（A）结合蛋白PABP1的乙酰化状态，实现poly(A)化mRNA转运的负调控。在能量缺陷的状态下，SIRT1可结合PABP1并使之去乙酰化，导致PABP1不再结合poly(A)RNA，终止mRNA转运，并最终导致蛋白质翻译整体降低，实现细胞能量节省，利于细胞在饥饿状态下存活。分子上，该过程需要AMPK依赖的SIRT1磷酸化修饰过程。另外发现，该SIRT1-PABP1-poly(A)RNA复合体的动态变化还广泛参与了能量限制之外的其它环境胁迫应答过程。这些发现为理解真核生物如何动态整体调控mRNA转运和蛋白质翻译提供了新视野，也同时指出mRNA的poly(A)化修饰可为真核生物在压力状态下及时整体调整能量稳态提供了一种通道。2017年Current Biology杂志发表了我们的上述发现。 . 另外，我们也关注了SIRT1同源家族蛋白SIRT7在能量限制情况下参与肿瘤细胞死亡的功能，并报导REGγ缺失可通过靶向干预SIRT7，实现能量限制情况下的肿瘤细胞死亡，为肿瘤饿死治疗提供了新的靶点。2016年，我们在Nature Communications报导了该研究。 . 在另一方面，我们也研究了脂代谢总调节基因KLF14的功能，并首次确定该基因低表达可促进肿瘤基因组不稳定性发生，报导该基因可作为新的肿瘤生物标记物和药物研发靶标。2015年，我们在Nature Communications报导了该研究。