SUMO 修饰抑制基因表达的分子机制研究

SUMO作为一种类似于泛素的小分子蛋白质，是通过类似于泛素化修饰的酶反应体系被共价偶联到底物蛋白的特异赖氨酸残基上。大量的研究表明，SUMO修饰参与了众多的细胞过程，它在转录调控方面的基本特性是抑制基因表达，但目前对SUMO修饰如何能广泛抑制基因表达的分子机制还不甚明确。我们发现在细胞中高表达SUMO和E3连接酶PIAS1能有效抑制RNA聚合酶Ⅱ（PolII）磷酸化，初步研究表明PIAS1能促进 PolII激酶TFIIH复合体的SUMO修饰。基于PolⅡ的磷酸化为转录从起始到延伸所必需，我们假设PIAS1通过促进TFIIH的SUMO修饰抑制其磷酸激酶的活性，进而抑制Pol II的磷酸化，从而广泛抑制基因转录。本课题将进一步鉴定TFIIH的SUMO修饰位点，阐明SUMO修饰是否直接调控TFIIH蛋白激酶活性。该课题有望为揭示SUMO 修饰抑制基因表达的分子机制提供一种新的解释。

之前的研究表明PIAS1能催化雄性激素受体（AR）发生SUMO修饰并抑制AR的转录活性，但具体的分子机制并不清楚。我们的工作发现PIAS1仍能有效抑制SUMO修饰位点全部突变的AR的转录活性，进一步的实验表明PIAS1并不影响AR结合靶基因启动子和增强子，也不影响AR招募RNA聚合酶II，但抑制RNA聚合酶II的磷酸化。我们发现PIAS1对RNA聚合酶II的磷酸化抑制是通过SUMO修饰P-TEFb复合物中的激酶CDK9来实现的。分子机制研究表明CDK9的SUMO修饰降低CDK9的激酶活性，进而降低RNA聚合酶II的2号位丝氨酸的磷酸化水平，影响转录的延伸，抑制基因的转录。我们在小鼠心肌肥大动物模型的研究中发现，CDK9的激酶活性极度增高伴随着 CDK9的SUMO化修饰水平显著减少，表明CDK9的SUMO修饰在调控其生物学功能方面有重要作用。我们的研究为阐明SUMO修饰在整体水平上对基因转录的抑制作用提供了一种新的分子机制，同时也揭示了CDK9的SUMO修饰在心肌细胞的正常调控中的重要作用。