P-TEFb识别并调控特异基因转录延伸重启机制

The transcription elongation stage has been regarded as a noval platform for the regulation of gene expression. As a positive transcription elongation factor, P-TEFb plays a dispensable role in regulating the transition of paused transcription elongation. However, how P-TEFb recognizes and is recruited to those stimulation-specific genes is still unclear. Our previous data suggest that the dynamic acetylated subunits of Mediator might be the fundation for P-TEFb to recognize those specific genes and the transition of paused elongation might be regulated by the cooperation of two P-TEFb molecules. Therefore, we will study the acetylation mechanism of Mediator subunits and their roles in P-TEFb recruitment, and identify the recruitment pathways of P-TEFbs and their targetings. We expect to reveal how P-TEFb recognizes specific genes and regulates their transcription elongation resuming, thereby providing deep insight into the mechanism of P-TEFb in regulating specific gene expression.

转录延伸重启已被认为是调控应激性基因转录表达的新模式，正性转录延伸因子P-TEFb在调控基因转录延伸重启中扮演关键角色，但目前对P-TEFb识别、募集和调控特异基因转录延伸重启的机制还一无所知。我们的前期结果提示：中介体亚基动态乙酰化修饰可能与P-TEFb识别特异基因有关，且可能以双P-TEFb分子协同作用的模式来调控延伸重启。本项目拟通过探讨中介体亚基的动态乙酰化修饰机制及其对P-TEFb募集的调控作用，来了解P-TEFb识别特异基因的机制，并通过鉴定P-TEFb的两条募集通道及其各自的作用靶点，以揭示P-TEFb调控转录延伸重启的模式。期望能阐明P-TEFb识别并调控特异基因转录延伸重启的机制，为基因转录调控新模式的确立提供理论依据。

近年来随着全基因组高通量检测技术的高速发展，研究人员发现真核细胞中存在两大限速调控平台：转录起始和转录延伸。约有30%的基因转录已经完全启动，但是 RNA聚合酶II却暂停在基因启动子区下游的近端20到60核苷酸的区域。当遇到外界刺激时，暂停的RNA聚合酶II迅速重新启动以合成全长mRNA。这类转录延伸暂停的基因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。这些新发现更新了基因表达调控的观念，使得基因转录起始和转录延伸暂停重启成为基因转录调控的两大核心平台。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）在调控基因转录延伸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。我们首先揭示了多个P-TEFb分子协同调控转录延伸重启的分子机制，并阐明信号刺激活化Brd4/P-TEFb和SEC/P-TEFb双募集通道调控RNA Pol II转录延伸重启的详尽机理，从而将Brd4和SEC两个研究领域整合统一在一个分子模型中。在此基础上，我们进一步通过两种进入临床实验的抗艾滋病药物HMBA和prostratin刺激Brd4/P-TEFb募集通道活化潜伏艾滋病毒的基因转录。刺激潜伏的艾滋病毒转录活化是目前预期的能彻底清除艾滋病毒的治疗策略。我们发现这两种药物不仅协同激活艾滋病毒基因的转录，而且能刺激NF-kB炎症信号通路进一步提升转录活性，为抗艾滋病毒药物的研发提供了新的理论依据。由于Brd4会结合乙酰化修饰蛋白如中介体和组蛋白调控基因转录，我们与结构生物学课题组合作进一步研究了腺病毒蛋白影响宿主乙酰化修饰干扰宿主基因转录的分子机制，阐释了腺病毒原癌基因E1A抑制乙酰转移酶KAT2B酶活中心的结构基础。最后我们围绕SEC/P-TEFb募集通道调控的靶基因Cbfa2t2的转录活化展开研究，发现该基因的异常表达与肾腺癌细胞的干性维持密切相关，提示Cbfa2t2是潜在的胃腺癌治疗靶点。