AFF1和AFF4形成分子开关调控细胞分化

Although the novel identified super elongation complexes (SECs) are believed to be the key cellular factors to control multiple events under both physiological and pathological conditions, however, it’s still unclear how these complexes are engaged in the regulation of cell differentiation. Our previous data suggest that AFF1 and AFF4, the bridging proteins of SECs, are probably involved in controlling the cell differentiation. The underlying molecular mechanisms are thought to be associated with the histone modification and the ubiquitination. Therefore, we will start from providing the evidences that the regulation of cell differentiation by AFF1 and AFF4 is largely due to the competitive interactions between them with the Dot1L/ENL complex which further affect the histone modification and subsequent transcriptional activation. The ubiquitination signaling forces the operation of molecular switch between AFF1 and AFF4 by changing their expression level to thereby control the cell differentiation. We expect to reveal the above molecular mechanisms that regulate the cell differentiation and further extend the pivotal roles of SECs, and explore their potential for clinical applications.

新近发现的超级转录延伸因子SECs是细胞内极其重要的蛋白复合体，它参与调控多种生理病理活动，然而目前对SECs如何参与细胞分化的调控仍知之甚少。我们前期的结果提示：SECs的骨架蛋白AFF1和AFF4可能参与3T3L1细胞分化，其内在的分子机理与组蛋白修饰和泛素化信号有关。本项目拟从AFF1和AFF4竞争结合复合体Dot1L/ENL入手，探讨这种竞争性的相互作用如何影响组蛋白的修饰并进而引起分化相关基因的转录活化，以及泛素化信号如何通过调控的蛋白表达水平，驱动AFF1和AFF4形成调控细胞分化的分子开关。期望能通过阐释SECs调控细胞分化的分子机理，为全面了解SECs的生物学功能提供参考，也为挖掘潜在的临床应用价值提供理论依据。

近年来随着高通量测序技术的发展，数个研究团队几乎同时发现在转录延伸的早期存在转录延伸暂停和重新启动的过程，该过程是基因转录调控又一核心调控环节，尤其在胚胎干细胞和应激情况下发挥强大的调控基因转录的能力。在细胞分化过程中，分化相关基因的转录延伸暂停在启动子区下游近端，等待分化信号的刺激再重新启动转录延伸直至全长mRNA产生，这个过程可以长达数月之久。真核细胞中调控转录延伸暂停重新启动的核心调控因子是P-TEFb及其募集因子Brd4或超级延伸复合物SEC (AFF1和AFF4是SEC复合体的骨架蛋白)所组成的复合物。我们前期研究发现募集因子Brd4、AFF1和AFF4都能影响3T3L1细胞分化。在本项目中，我们已完成项目申请所计划的研究的内容。首先我们揭示了募集因子Brd4、AFF1和AFF4组装的复合体重启转录延伸暂停的基因并激活基因转录的分子机制。我们的研究首次揭示细胞内存在多个P-TEFb分子协同调控转录延伸重启，阐明细胞分化或应激信号活化基因转录的机理，即通过信号刺激募集因子Brd和SEC形成多个P-TEFb募集通道调控RNA Pol II的转录延伸重启的详尽机理，从而首次将Brd4和SEC两个研究领域整合到统一的分子模型中。在此基础上，我们进一步的研究揭示了重启转录延伸也是刺激潜伏艾滋病毒基因转录的重要调控环节，阐明了两种进入临床实验阶段抗艾滋病化合物的作用机理，为指导临床实践提供理论依据。我们的研究表明，成果一中意外发现的、能刺激全局性基因转录延伸重启的化合物HMBA，它与化合物prostratin能协同激活HIV-1转录主要通过刺激转录延伸，该过程还涉及炎症信号通路NF-kB的核心组分RelA与Brd4的相互作用，HMBA活化的Brd4结合、并将RelA长时间“扣留”在细胞核内，同时抑制NF-kB的负反馈抑制因子A20的转录表达，从而活化潜伏的HIV-1基因转录。我们的研究为抗艾滋病和抗炎药物研发提供了新的药物作用靶点。此外，在成果一的高通量数据再挖掘过程中，我们发现AFF1和AFF4调控的细胞分化相关基因中有基因Cbfa2t2，进一步比对美国公共的肿瘤信息数据库（TCGA），我们发现该基因的异常表达与肾腺癌细胞的干性维持（拮抗肿瘤干细胞分化）密切相关。我们的研究首次提示基因Cbfa2t2是潜在的抗肾腺癌的药物作用靶点。