Eso1蛋白对Pol5蛋白乙酰化修饰调节及其在Roberts综合征发病分子机制的研究

Roberts syndrome (RBS) is an autosomal recessive disorder characterized by craniofacial anomalies and tetraphocomelia. RBS is caused by mutation in ESCO2, the protein encoded by which is a lysine acetyltransferase. However, the exact molecular mechanism on how ESCO2 regulates so many other genes during development is still unknown. Eso1 protein is highly conserved to ESCO2 in fission yeast which makes S.pombe an ideal model organism for studying the molecular mechanism of RBS. In previous study we found that Pol5, an important transcriptional factor for rDNA transcription, might be a potential substrate of Eso1p, additionally, several acetylated lysine sites of Pol5p have been detected by multiple dimensional proteomics technology (MuDIPT). We also found that the non-acetylated Pol5 mutant is lethal. Thus, we hypothesized that the acetyl-modification of Pol5 by Eso1p might play an important role in the RBS etiology. In present project, the implication of acetyl-modification of Pol5 with Eso1 will be studied and the detail molecular mechanism will be further explored by the combination of proteomic technology and ChIP-seq.

Roberts综合征是人类体细胞隐性遗传性疾病，临床表现包括生长发育迟缓、四肢及颅面畸形等多器官发育障碍。ESCO2单一基因点突变致细胞内总蛋白合成异常是Roberts综合征发病重要原因，但由于缺乏合适的细胞模型及有效的分子生物学手段，其发病分子机理仍然不清。我们以S.pombe模式生物构建该病同源突变体，采用改良TAP标记及蛋白纯化方法，通过蛋白质组学分析首次证实Pol5蛋白为Eso1潜在的乙酰化底物，我们假设Eso1对Pol5蛋白的乙酰化修饰对细胞内蛋白合成有重要影响，进而构成Roberts综合征发病的重要分子机制。本项目将采用突变体技术确定Eso1乙酰化修饰Pol5对细胞内蛋白合成的影响，应用蛋白质组学技术及ChIP-Seq相结合的方法探讨乙酰化修饰对Pol5蛋白功能调控的分子机制，并最终为Roberts综合征发病分子机理研究提供理论基础。

Roberts 综合征是人类体细胞隐性遗传发育障碍性疾病，临床表现包括生长发育迟缓、颅面及上下肢畸形等多器官发育障碍。Joenje 实验室于 2005 年通过基因组测序首次证实 Roberts综合征为 ESCO2 单一基因突变遗传性疾病。ESCO2 基因编码蛋白作为赖氨酸乙酰基转移酶，其突变所致转移酶活性降低与该病发生直接相关，而最新研究证实，Roberts 综合征病人细胞主要表现为核糖体 RNA 及蛋白翻译障碍，说明 ESCO2 乙酰酶活性改变直接影响细胞内总蛋白翻译进而导致机体多样性发育障碍。提示细胞内很可能存在着基于 ESCO2 乙酰化修饰的底物蛋白，且该蛋白功能必定与细胞内总蛋白翻译调控相关，从而使该蛋白能够成为介导 ESCO2 单一基因突变影响多样细胞功能的中介者。在本项目中，我们以裂殖酵母为研究模式生物，通过串联亲和纯化技术结合蛋白质谱分析，发现Eso1蛋白与Pol5蛋白物理间相互作用，我们鉴定出一系列的Pol5蛋白乙酰化修饰位点，通过体内、外乙酰化检测，我们发现Eso1蛋白与Pol5蛋白乙酰化修饰密切相关。我们发现Pol5保守K47位点的乙酰化修饰与细胞生长密切相关，K47R非乙酰化突变会直接导致细胞死亡。我们的研究首次证实Eso1蛋白作为赖氨酸乙酰化酶可修饰核糖体转录因子Pol5，从而得以鉴定出Roberts综合征病人细胞核糖体 RNA 及蛋白翻译障碍的重要中介者，最终为临床治疗该疾病提供新的途径及治疗靶点。