以果蝇为模型，研究 lncRNA 对消化道干细胞的调节作用

Patients with a chronic inflammatory disorder of the gastrointestinal tract have been shown to have a 2-3 fold increased risk for colorectal cancer development, the second-most lethal of all human diseases. The invertebrate Drosophila gut is an ideal system to study stem cell biology because while it is simpler than that in mammals, it is highly similar at cellular and molecular levels, and the overall biology of Drosophila intestine stem cells appears to recapitulate the major features of mammalians. Beside protein coding gene, RNA functions not only as a carrier of genetic information, but also as a catalyst of biochemical reactions, a transcriptional gene regulator, an adapter molecule in protein synthesis, and a structural molecule in genome. Compare with genome DNA, miRNAs/siRNAs, little is known about the role of lncRNAs in gut stem cells. RNAseq has been used widely to find the changing of transcripts, we sequenced the lncRNAs derived from wild type, the gut inflammation and cancer stem cell models, and found the expression profiles of 56 lncRNAs changed significantly. We plan to generate tansgenic RNAi lines to modulate the transcripts of these lncRNAs, phenotypes from gut stem cells will be further confirmed by mutants. Finally, we will explore the regulatory role of lncRNAs via genetic and biochemistry approaches.

结直肠癌是威胁人类健康的第二大致死性癌症，慢性胃肠炎的严重程度与此类癌症的发病几率密切相关。无脊椎动物果蝇的消化道，在结构和分子调控机制上均与哺乳动物类似，是在体研究干细胞自我更新、分化以及与基质相互作用的重要模型。果蝇消化道干细胞增殖紊乱已被用来模拟哺乳动物的癌变。目前果蝇消化道干细胞的研究主要集中在蛋白编码基因、信号通路以及miRNAs/siRNAs方面，而关于非编码RNAs，尤其是lncRNAs的研究还较为稀少。lncRNAs是近年来的新兴领域，其研究范畴已经从表观遗传学延伸至细胞信号传导及肿瘤生物学等众多方面。我们以致病菌引起的胃肠炎模拟肿瘤的起始，通过RNAseq分别分析野生型、胃肠炎以及肿瘤干细胞模型果蝇消化道，发现56个lncRNAs的表达水平出现明显变化。针对这些lncRNAs，课题组计划通过RNA干扰、定点突变/缺失等生化和遗传方法深入研究其对干细胞增殖与分化的调控作用。

果蝇的消化道在结构和分子调节机制上与哺乳动物类似，且果蝇中的基因与人类基因同源性很高，所以是在体内研究成体干细胞自我更新、分化以及与基质相互作用的重要模型。果蝇消化道干细胞增殖的紊乱已被用来模拟哺乳动物的癌变，但目前对非编码RNA尤其是lncRNAs的研究较少，我们运用遗传学、分子生物学以及生物化学等手段来筛选与消化道干细胞相关的lncRNAs，并探究其作用机理。本项目的主要研究结果如下：.（1）利用UAS-Gal4系统，结合人工合成的启动子SynP来调控Luciferase在消化道中的表达，有效记录干细胞的数目并追踪其分化踪迹，建立了果蝇消化道干细胞的荧光标记；.（2）通过notch基因RNAi或raf基因过表达，建立消化道干细胞的过度增殖模型；.（3）为调控lncRNAs，研发了基于CRISPR-Cas9技术的基因组突变技术和第四代转基因干扰技术；.（4）利用课题组研发的技术，构建了转基因果蝇平台；.（5）筛选得到了一个与消化道干细胞增殖与分化有关的表观遗传因子，并发现这一现象可能与Notch信号通路相关；.（6）由于组蛋白H1对lncRNAs的转录有调控作用，我们探究了H1在成体干细胞中的功能，发现H1可以自主性和非自主性的调控生殖干细胞的自我更新和分化；.（7）构建了环形RNA转基因果蝇品系，探究它们在成体干细胞增殖和分化中的作用。.本项目已在国际知名刊物Nature Communication、PNAS、Cell Report等发表论文7篇，另有2篇文章整理中，2个专利申请中。这些研究结果有利于推动遗传学科的发展，而且对H1的研究还为治疗卵巢肿瘤提供了一定的理论依据，具有重要的社会价值和理论意义。