TGF-beta/Smads通路中RBM4参与的转录和转录后水平的调控机制

Cytokines in the transforming growth factor-beta (TGF-beta) superfamily play a vital role on animal cell proliferation and differentiation. The basic elements of the TGF-beta pathway were revealed more than a decade ago. However, it is unclear how TGF-beta/Smads signaling controls post-transcriptional regulation of gene expresison. We have constructed a mammalian expression library of RNA binding proteins and studies their functions in TGF-beta signaling. The results show that RBM4, a RNA binding protein that play an important role in gene regulation at the post-transcriptional level, could enhance TGF-beta signaling. Our data shows that RBM4 directly bound to Smad2/Smad3 in vivo and in vitro and that it regulated expression of TGF-beta downstream target genes such as PAI-1 in HaCaT cells. In addition, RBM4 enhanced TGF-beta-induced epithelial-to-mesenchymal transition (EMT)in MCF10A cells. These results suggest that RBM4 is a critical regulator in TGF-beta signaling. Thus, based on these preliminary observations, we plan to systematically study TGF-beta/Smad-regulated gene expression at both transcriptional and post-trancriptional levels and also identify important alternative splicing isoforms or non-conding RNAs regulated by TGF-beta. Given the critical role of TGF-beta in tumor suppression and metastasis, these new RNAs or proteins could be new molecular markers during cancer progression.

在动物细胞的生长、分化过程中, TGF-beta信号转导通路发挥至关重要的作用。其基本原理已经比较清晰，但是其下游基因的转录后调控机理还不是非常清楚。申请者通过构建表达文库，系统研究RNA结合蛋白在此信号通路中的调控作用，发现了RBM4，一个参与基因转录后调控的RNA结合蛋白，在SBE荧光报告系统中，可以有效促进TGF-beta/Smad信号通路。体内体外实验证明RBM4可以直接结合Smad2/Smad3；在角质细胞中可以调控此信号通路的下游大部分基因的表达；在乳腺上皮细胞中，可以促进TGF-beta诱导的上皮细胞间质转型。因此申请者计划以此类蛋白作为切入点，结合RNA深度测序技术，系统研究TGF-beta信号通路中转录后水平的调控机制，试图寻找一些重要可变剪接异构体和非编码RNA，并且鉴定其在癌症细胞转移中的作用。

在动物细胞的生长、分化过程中, 转化生长因子(TGF-beta) 信号转导通路发挥至关重要的作用。其信号的传递主要通过SMAD蛋白直接参与的转录调控。TGF-beta信号通路的精密调控受到细胞内外多种因子的协同影响，其结果表现出不同细胞对TGF-beta的响应结果不同。在此项目中，我们结合RNA高通量测序和蛋白质谱分析的方法，发现并且鉴定了与SMAD蛋白结合的多个lncRNA-蛋白复合物（RNP），其中包括了RBM4-lncRNA2。在深入的研究中，我们揭示了一个复合物RBM4-lncRNA2结合SMAD3，促进了SMAD的转录活性，进而上调了TGF-信号通路。在RBM4敲除的细胞和lncRNA2功能缺失的细胞中，SMAD转录复合物变得非常不稳定，SMAD蛋白结合DNA的能力也被削弱，TGF-beta引起的细胞功能，比如细胞生长抑制，细胞迁移等能力都受到了明显的抑制。TGF-beta信号的调控异常在多种疾病中被观察到，比如癌症。我们发现在高转移的乳腺癌细胞中存在RBM4和lncRNA2的高表达，并通过小鼠模型初步证实了RBM4和lncRNA2促进乳腺癌细胞的转移。本研究初次揭示LncRNA-蛋白复合物直接参与调控TGF-beta/Smad信号传递，并且深入阐明LncRNA-蛋白复合如何精准调控TGF-beta参与的肿瘤转移的分子机理，后续工作将对于肿瘤的治疗提供重要的理论依据。