长非编码RNA及其蛋白复合物在TGF-β/Smad信号传导中的功能与机制

Abundant LncRNAs play critical roles in a wide variety of cellular processes and biological functions and its abnormal expression contributes to development of human diseases. However, how LncRNA regulates gene expression and cellular functions remains elusive. Transforming growth factor-beta (TGF-β) superfamily controls diverse developmental processes and the pathogenesis of many diseases, including cancer and fibrotic diseases. As key TGF-β signal transducers and transcription factors, Smads orchestrate the transcription of specific gene networks and ultimatetly control a broad range of cellular functions in response to TGF-β. In this project, we use a combinatorial approach of high-throughput RNA sequencing and functional screen to identify novel LncRNA-Protein complex (LncRNP) in controlling TGF-β/Smad signal transduction. In our preliminary studies, we discovered that a LncRNP complex binds to and enhances Smad3 transcriptional activity, thereby promoting TGF-β signaling and physiological responses. Our proposed studies will not only elucidate new molecular mechanisms for LncRNP-dependent regulation of TGF-β signal transduction, but also provide a foundation for gaining insights into tumor formation and metastasis.

人类基因组中含有大量的长非编码RNA (LncRNA)，它们调控着细胞与机体的各种功能，并已有报道称LncRNA的表达异常与人类的疾病密切相关，但其具体调控机制还不清楚。TGF-β作为维持人类细胞稳态的重要因子，具有着广泛的生物学功能，其信号的传递主要通过Smad蛋白直接参与的转录调控。本课题计划结合高通量测序和功能筛选的方法，拟发现和鉴定可以与Smad蛋白相互作用的LncRNA-蛋白复合物，并深入阐述其生物学功能和分子机制，从而探索LncRNA-蛋白复合物特异性调控TGF-β/Smad信号转导的生理学和病理学意义。申请者在前期工作中已筛选出一个LncRNA-蛋白复合物，该复合物能够通过结合Smad3并促进了其的转录活性，从而上调TGF-信号通路。本研究将深入研究LncRNA-蛋白复合物参与调控TGF-β/Smad信号通路的具体分子机理，该研究将对癌症治疗，组织再生的研究都具有重大意义。

TGF-beta是维持细胞稳态的一种重要细胞因子，其信号通路在胚胎的早期发育、免疫炎性反应、肿瘤以及机体代谢平衡中都发挥着至关重要的作用。TGF-beta信号转导异常则可能导致多种疾病的发生，比如胚胎发育异常、肿瘤形成和迁移、组织纤维化、心血管疾病和免疫性疾病等。TGF-beta信号通路在机体内受到非常精密的调控，如非编码RNA（ncRNA），但其精细调控的分子机制却并不是十分清楚。鉴于人类基因组中包含大量未知功能的长非编码RNA（lncRNA），因此我们希望利用高通量测序和功能筛选相结合的方法，鉴定细胞内一系列参与调控TGF-beta/SMAD信号传导的新型lncRNA并揭示其生物学功能。在此项目开展的4年时间中，我们基本完成了受TGF-beta调控的lncRNA的筛选，并从中挑选出20多个与TGF-beta信号通路调控密切相关的lncRNA，并对几个lncRNA进行了重点研究。我们也通过CLIP-seq高通量测序筛选能与TGF-beta信号通路的核心蛋白SMAD结合的lncRNA，并对其中一个lncRNA-SMAD复合物的功能以及作用机制进行了深入的研究。我们发现并证实此lncRNA-SMAD复合物能通过稳定SMAD转录复合物并协助其识别下游基因，从而促进TGF-beta介导的恶性肿瘤细胞的转移。此外我们还发现并证实了一个RNA结合蛋白能够直接结合SMAD4，从而阻碍SMAD转录复合物的形成，抑制TGF-通路的信号传递及其介导的肿瘤抑制功能。此项目的开展深入挖掘TGF-beta/SMAD信号通路和细胞稳态的新功能与新机制，为癌症的诊断和治疗提供了更多依据和靶点。