hnRNP A1蛋白泛素化在EGF信号通路中的功能与机制研究

Pre-mRNA alternative splicing is an important mechanism that plays a critical role in increasing genome diversity and regulating gene expression at post-transcriptional level. Recent studies have shown that alternative splicing is subject to cellular signals. However, how signals are transmitted to splicing machinery to affect alternative splicing and what are the functions of signal-induced splicing regulation remain elusive. In this study, using EGF signal pathway as a model, we will apply biochemical, cell biological, molecular biological, and bioinformatics approaches to understand the functions and mechanisms of hnRNP A1 ubiquitination in EGF signaling. We will focus on identifying the mechanisms by which EGF induces hnRNP A1 ubiquitination, characterizing the effects of ubiquitination on the activity and function of hnRNP A1, and investigating the functions, mechanisms, and pathways of hnRNP A1 ubiquitination-mediated alternative splicing in EGF signaling. Taken together, we aim to increase our understanding on the mechanisms of signal-induced splicing regulation, provide new insights into the cancer-related EGF signal pathway, and open new doors to understand the regulation of RNA binding proteins in development and disease.

Pre-mRNA的可变剪接是增加基因组多样性和调控转录后基因表达的重要机制。近些年，一些研究结果显示可变剪接能够应答细胞信号。然而，我们对这些信号是如何被传递到剪接机器从而调控可变剪接的机制以及它们调控可变剪接功能的认识还非常有限。在本项研究中，我们将以EGF信号通路为模型，运用生物化学、细胞生物学、分子生物学、生物信息学等方法，围绕RNA结合蛋白hnRNP A1泛素化修饰在EGF信号通路中的机制与功能开展研究。我们将重点研究EGF信号诱导hnRNP A1泛素化的机制，确定泛素化修饰对hnRNP A1活性与功能的影响，并探索EGF信号通过hnRNP A1泛素化调控可变剪接的功能、机制与作用途径。通过本项研究，我们期望能够增加对细胞信号调控可变剪接机制的理解，为与肿瘤发生密切相关的EGF信号通路提供新的作用途径，并开启认识RNA结合蛋白泛素化修饰在发育与疾病中调控功能的研究。

mRNA的可变剪接是一种增加基因组多样性和调控基因表达的重要机制。信号转导在机体应答外界刺激和维持稳态过程中发挥了重要功能。尽管一些研究工作显示可变剪接受到细胞外信号的严格调控，但是目前我们对细胞是如何将胞外信号传入细胞核内产生可变剪接变化的认识还是片段化的，尤其对信号转导调控可变剪接的生物学功能的认识还非常有限。EGF信号通路在个体发育与肿瘤发生发展中具有重要功能。在本项目中，我们发现EGF信号通路能够通过引起一个RNA结合蛋白hnRNP A1发生泛素化从而调控mRNA的可变剪接。EGF信号通过上调SOCS box蛋白家族成员SPSB1的表达，从而招募Elongin B/C-Cullin E3泛素连接酶复合物在hnRNP A1蛋白第183和298位赖氨酸残基上发生K29型非降解型的多聚泛素化修饰。更重要的是，SPSB1介导的hnRNP A1泛素化对EGF诱导的细胞迁移具有促进作用。EGF诱发hnRNP A1泛素化后导致其与Rac1 mRNA前体的结合减弱；同时，EGF激活SR蛋白激酶（SRPKs），促进SR蛋白活化。这两方面因素一起促进了Rac1可变外显子3b的引入，导致Rac1剪接异构体Rac1b表达上调，而Rac1b具有促进细胞迁移的能力。这些结果揭示了EGF/EGFR信号通路中蛋白质泛素化与可变剪接之间的一个新的交叉作用，并且为细胞迁移提供了一条新的EGF/SPSB1/hnRNP A1/Rac1作用轴。该项工作较为完整地揭示了之前未被充分研究的RNA结合蛋白泛素化修饰在信号转导通路中的机制与功能，为认识RNA结合蛋白这类重要蛋白在生理和病理过程中的调控作用提供了新的研究方向。