Notch家族四种蛋白质在胰腺癌细胞基因组的靶基因谱和调控机制的比较研究

Notch family proteins play important roles in the progression of many cancers. There are four different Notch genes in mammalian cells. Four Notch proteins, Notch1-4 are all expressed in pancreatic cancer cells. But It is still not known what's difference among different Notch proteins in term of their biological functions, and why they have different biological effects. Notch proteins lack DNA binding domain thus not directly bind to DNA. We hypothesize that:(1) Notch proteins have different biological functions may partially because they have different genome binding patterns; (2) They bind to different genomic regions because the structures of their intra-cellular domains are different; (3) Because the difference among their intracellular domains, they recruit different effecter transcription factors (CSL, ETS1,ZNF143, RUNX3, etc.)and thus bind and regulate different genes. In the present study, we will use CHIP-Seq to capture whole-genome wide binding sites of Notch proteins and their potential effecter transcription factors, and find interactions between Notch family proteins and effecter transcription factors. We will figure out targeting gene profile and regulatory mechanism in pancreatic cancer cell genome for all four Notch proteins.

Notch在多种肿瘤的进展中起关键作用。在哺乳动物中有四个Notch基因，Notch1-4。四种Notch在胰腺癌细胞中都有表达。但是它们的作用有何不同，为何不同？尚不清楚。Notch蛋白质虽是转录因子但并不直接结合DNA。我们推测：（1）四种Notch蛋白质所调控靶基因的不同是其生物学作用不同的重要机制；（2）这些不同是因为它们在胞内段结构域（RAM、ANK等）上存在着差异；（3）这些结构上的差异使不同的Notch结合不同的效应转录因子，从而作用于不同的基因区域和发挥不用的调控作用。在本研究中，我们用CHIP-Seq测定四个Notch蛋白质及其潜在的效应转录因子如CSL、ETS1、ZNF143、RUNX3等在基因组的结合位点，以找出每个Notch蛋白质在基因组的调控区域，和了解其与不同效应转录因子的互作情况。通过本研究，我们将阐明四种Notch蛋白质在胰腺癌细胞基因组的靶基因和调控细节。

Notch家族是一类在生物体中表达高度保守的蛋白，它在器官的发育、组织的增殖、细胞的分化和凋亡都起到至关重要的作用[ ]。在生物体中，Notch家族一般包含有4种受体，即Notch1、Notch2、Notch3、Notch4，和5个配体 (Delta-like 1, 3, 4 与 Jagged-1, -2)。这9种蛋白结构均由三部分构成，即胞外区、跨膜区和胞内区，所以它们也是单次跨膜蛋白。一个细胞上Notch受体的胞外部分和临近另外一个细胞上跨膜的Jagged和DSL家族配体之间的直接作用才能够将Notch受体激活。Notch受体蛋白的激活一般可以抑制细胞分化，促进前体细胞分裂，所以Notch家族所参与的Notch信号通路在所有多细胞动物细胞中属于重要的细胞与细胞之间的信号调节系统。现在主流的观点认为Notch家族通过此信号调节系统向细胞核中转达信号时，一般必须与所招募的CSL蛋白结合形成三元复合物，才能结合在特定的序列上，启动转录程序。这些特定的序列就有CSL的DNA结合位点，如Hes基因家族。我们用CHIP-seq和生物信息学的方法对Notch1,Notch2, Notch3, Notch4和经典的Notch通路效应因子CSL在胰腺癌细胞基因组的结合位点进行了测定和分析，获得了这5个转录因子的直接靶基因谱；我们用RNA干扰法研究了敲减Notch1,Notch2, Notch3, Notch4和CSL后基因表达谱的变化，获得了这5个转录因子直接和间接调控的基因谱。发现作为Notch的下游效应因子，CSL的作用大部分依赖于Notch通路，而每个Notch在基因组的结合位点只有10%左右与CSL重叠，说明Notch的作用大部分不依赖于CSL。 这与过去主流的观点不一致。 Notch3在正常的胰腺组织几乎不表达，但在癌组织表达量高；同时，Notch3可能在胰腺星状细胞活化种起关键作用。Notch1与Notch3可参与PDAC癌细胞增殖，迁移，侵袭及对化疗药物的耐药，抑制Notch信号通路可降低肿瘤细胞的恶性表型，诱导其凋亡。本研究进一步探讨了Notch1与Notch3在控制PSCs表型行为，如激活、迁移、增殖中的作用，为它们在纤维化性疾病（如慢性胰腺炎, PDAC）治疗中的应用提供了理论依据。