周期蛋白D-CDK4复合体在维持核仁结构和功能关系中的作用

周期蛋白D-CDK4复合体在细胞周期的起始过程中起着非常重要的作用；它同时还能通过调控UBF等的磷酸化而调节rDNA的转录。然而这个复合体如何协调细胞周期的起始与rDNA转录的激活机制目前尚不清楚。本研究将探讨该复合体是如何在启动细胞周期的同时，参与启动rDNA的转录并进一步调控核仁的结构与功能。为此，我们将以培养的动物细胞为材料，试图探讨在该复合体活性变化的情况下：1，RNA聚合酶I表达活性变化及与其的相互作用关系；2，在超微水平影响核仁结构动态变化的机制；3，所导致的核仁标志性蛋白的穿梭动态、这些蛋白在转录与翻译水平上的表达差异以及它们的磷酸化和脱磷酸化状态；4，对前体rRNA的合成与修饰的影响等。该研究将提供核仁与细胞周期的相互关系的直接证据，对于更进一步的认识核仁的新功能具有重要的意义。

本项目在前期怀疑所购关键性药物PD-0332991可能运输保存不当、更换药物后对CDK4的抑制效果仍不显著、研究进展不甚理想等的牵制而使得进度有所拖延。为此我们对总体方案进行了适当的调整，还是围绕着原课题重点关注的核仁的形态结构、核仁中一些重要蛋白质的表达动态和穿梭以及它们与细胞周期的关系、rRNA的合成与修饰、rRNA基因的表达调控与细胞分化的关系等方面，分别以动物培养细胞和植物根端分生组织细胞为材料，应用现代显微技术、细胞生物学、分子生物学和表观遗传学等多重手段，开展了如下4个方面的研究：1.一种赖氨酸特异的去甲基化酶KDM3B与核仁的关系以及调控rDNA转录的分子机理；2.小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）向诱导性胚胎干细胞（iPS）转化的细胞重编程过程中rDNA的转录特点及其分子调控机制；3.植物根端分生组织细胞核内包涵体的类型与特点；4.低氧对小麦根端分生组织细胞核中核仁结构和功能的影响等。研究结果显示：1.KDM3B蛋白与rRNA基因的不同部位有不同程度的结合，同时它通过与核仁重塑复合体（NoRC）相互作用，引起H3K9me2/1的去甲基化，从而促进rDNA启动子区DNA的甲基化以此来调节rDNA的转录；2.在小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）向诱导性胚胎干细胞（iPS）转化的细胞重编程过程中，染色质重塑复合体（NuRD）和NoRC复合体相互作用，导致rDNA启动子区组蛋白的异染色质化和DNA的甲基化，使得rDNA的转录下调；3.普通小麦根端分生组织细胞核中存在着管状、结晶状、纤维网络状和螺旋状等多种类型的核内包涵体结构，其中后两种是我们新发现的类型；4.低氧处理能导致小麦根端分生组织细胞核仁结构膨胀、突出、产生空泡、甚至解体扩散等，核仁中一些重要蛋白质向核质和胞质扩散与穿梭，它们的表达也严重下调，表明低氧能影响核仁功能的发挥。. 我们的结果进一步证实：核仁结构的完整性对其功能的正常维持、rDNA的活性与细胞周期动态、rRNA基因启动子区DNA和组蛋白的表观遗传学修饰与细胞的生长发育和分化、外界环境胁迫与核仁结构和功能的发挥等都密切相关。这些结果对于人们更进一步地认识核仁结构与功能的相互关系、核仁活性与细胞周期动态、rRNA基因表达调控的表观遗传学机理以及与细胞生长分化的关系等都具有十分重要的意义。