代谢应激条件下Apak抑制rRNA转录的功能变化及作用机制的研究

Transcription of ribosomal RNA (rRNA) by the nucleolar RNA polymerase I (Pol I) represents the rate-limiting step in ribosome synthesis, and should be finely regulated. rRNA transcription is regulated by its regulators at different layer of rRNA single-copy and epigenetics levels. How the regulators modulate rDNA epigenetic state and its function changes under metabolic stress are the hotspots of this area and not fully elucidated. In our previous work, we demonstrated Apak, one of KZNF family member, selectively inhibit p53-mediated apoptosis, and nucleolus-located Aapk could inhibit rRNA transcription in a p53-independent manner. Under metabolic stress, the activated AMPK pathway promotes the dissociation of nucleoplasm- located Apak and DBC1, enhances the nucleolus-location and rRNA transcription repression of Apak. In this program, we will confirm the binding sites of Apak on rDNA, identify the interaction protein of Apak in nucleolus, and explore the repression mechanism of Aapk on rRNA transcription at the epigenetic level. At the same time, we will further confirm the signal pathway from which metabolic stress signal transduces to rRNA transcription dependence of Apak. This work will provide key insight into understanding of rRNA regulation and AMPK function in rRNA transcription regulation, reveal the regulation mechanism of cell response stress response on rRNA transcription.

rRNA的转录是核糖体合成的限速步骤，被严谨调控。rRNA转录的调控分子在rRNA单基因拷贝和表观遗传学水平多层次参与对rRNA转录的调控。rRNA转录调控分子如何调控rDNA的表观遗传学水平，代谢应激信号下它们的功能变化是此领域的研究热点。Apak是我们前期证实的一种选择性抑制p53凋亡功能的KZNF分子，它能定位在核仁以p53不依赖的方式抑制rRNA的转录。在代谢应激状态下，激活的AMPK通路促进核质中Apak和DBC1的解离，向核仁移位，抑制rRNA的转录。本申请中，我们将通过Apak与rDNA结合序列的确证，核仁中相互作用分子的鉴定在表观遗传学水平探讨Apak调控rRNA转录的机制。同时进一步确证代谢应激信号通过Apak向rRNA转录传递的信号通路。此项工作将增进对rRNA调控的了解，完善AMPK在rRNA调控中的功能，为细胞感应应激信号对rRNA的调控机制提供新的解释。

能量稳态的维持对于细胞的存活至关重要，作为细胞最耗能的生物学过程，核糖体的合成，尤其其主要的限速步骤rRNA的转录被精密控制。目前rDNA表观遗传学水平的调控，以及代谢应激信号下rRNA调控分子功能变化的机制尚未完全阐释。Apak属于KRAB型锌指蛋白家族成员，核质定位Apak特异性抑制p53介导的凋亡，在多种应激信号下向核仁移位参与rRNA合成的调控，但代谢应激条件下Apak核仁移位及调控rRNA转录的机制不清。.我们的工作证实核仁定位的Apak以p53非依赖的方式抑制rRNA的转录。低糖代谢应激条件下，激活的AMPK通过增加DBC1 S808的磷酸化水平，促进DBC1与Apak的解离及Apak核仁定位。核仁移位的Apak募集PHF2，KDM2B，SMARCAD1和PRMT5等多种表观调控分子，通过与rDNA H1、H4和H42.9区域结合，抑制rDNA调控区H3K36me2和H3K4me3甲基化水平，增加H3K9Me3水平，抑制rRNA转录。低糖应激条件下Apak通过对rRNA合成的抑制，下调葡萄糖和ATP的消耗，降低细胞的生长速率，进而抑制细胞凋亡和自噬能力，促进细胞的存活。.总之，我们的工作揭示一条新的在低糖代谢应激条件下抑制 rRNA 转录的信号通路，鉴定了一种新的Apak募集的参与rRNA表观遗传调控的复合物，丰富了细胞对能量稳态调控的机制。.