小干扰RNA诱导组蛋白3赖氨酸27三甲基化的分子机制研究

Small RNA mediated gene silencing is a widely conserved gene regulation mechanism in eukaryotes. Early experiments have demonstrated that small RNAs can be applied to prohibit tumorigenesis and viral infection. However, we need understand the biogenesis, mechanism, and physiological roles of these small RNAs before their application in clinics and therapeutics. siRNAs can be transferred from the cytoplasm to the nucleus, inhibit transcriptions elongation, and induce H3K9 and H3K27 trimethylation to silence gene expression via a nuclear RNAi defective (Nrde) pathway in C. elegans. Yet the molecular mechanism of siRNA-induce H3K27me3 is unclear. Here, we propose to further investigate the molecular mechanism of small RNA-mediated gene silencing and the roles of the PRC2 complex and the H3K27 methyltransferase MES-2 by the combining of genetical, biochemical, and molecular means in C. elegans. This study will not only help us to understand the biology of small RNAs, but also help us to apply the RNAi technology to basic research and clinics.

RNA干扰是一个非常广泛而且保守的基因调节机制。早期试验已经成功地表明小RNA 可以用来抑制癌基因和病毒基因的表达。然而，在小RNA被用于临床和制药之前，我们必须正确地了解小RNA的产生机理，作用机制和体内功能等。Nrde通路转运siRNA从细胞质到细胞核并抑制转录的延伸，诱导组蛋白H3K9和H3K27的三甲基化，从而缄默基因表达。然而，NRDE复合物和siRNA如何造成组蛋白的H3K27的三甲基化的分子机制尚不清楚。本项目将围绕以上问题，进一步研究模式生物秀丽线虫中siRNA 调控基因表达的作用方式，通过遗传学、生化和分子生物学的方法研究PRC2复合物以及H3K27甲基转移酶MES-2在细胞核RNA干扰中的作用以及其分子机理。这项研究有助于我们更深入地了解小RNA指导的表观遗传和转录调控机制。从而不仅对理解RNA的基础生物学有重要意义，而且有助于更好地将RNA干扰技术用于研究和临床治疗。

项目背景：RNA干扰是真核生物中一个非常广泛而且保守的基因调节机制。早期的试验已经成功地表明小RNA 可以用来抑制癌基因和病毒基因的表达。然而，在小RNA被应用于临床和制药的尝试过程中,人们发现小RNA在体内的稳定性,定向输送,以及错靶调节现象等严重制约着其效果。深入地了解RNA干扰和小RNA调控基因表达的生物学功能与分子机制，不仅对理解RNA的基础生物学有重要意义，而且有助于更好地将小RNA干扰技术用于研究和临床治疗。..主要研究内容：.实验室前期发现模式生物秀丽线虫中Nrde通路转运siRNA从细胞质到细胞核并抑制转录的延伸，诱导组蛋白H3K9和H3K27的三甲基化，从而缄默基因表达。然而，NRDE复合物和siRNA如何造成组蛋白的H3K27的三甲基化的分子机制尚不清楚。本项目围绕以上问题，进一步研究模式生物秀丽线虫中siRNA 调控基因表达的作用方式，通过遗传学、生物化学和分子生物学的方法研究PRC2复合物以及H3K27甲基转移酶MES-2在细胞核RNA干扰中的作用以及其分子机理。课题还通过遗传、分子、细胞和生化等手段来寻找和研究调控细胞核RNA干扰的关键因子，研究了小干扰 RNA调控基因表达的作用机制，研究了核RNA干扰在生长和生殖上的生理功能。..重要结果：..在本课题的支持下，我们得到了以下几项结果：.发现了一类新的针对核糖体RNA的反义核糖体小干扰RNA，并解析了其产生机理和作用机制；发现了介导piRNA产生与加工的两个蛋白质复合物；发现细胞质Argonaute蛋白可以介导RNAi导致的基因沉默的多代遗传。..在项目的支持下，以本实验室为独立单位发表SCI研究论文6篇(Nature Structure and Molecular Biology, 2017; PNAS, 2018; Genes & Development, 2019; Cell Reports, 2018, 2019; G3, 2018)，应邀撰写综述5篇。毕业博士6人。..科学意义：..RNA干扰是真核生物中一个非常广泛而且保守的基因调节机制。本项目进一步研究了模式生物秀丽线虫中siRNA 调控基因表达的作用方式，寻找调控核RNA干扰的关键因子以及研究它们作用的分子机理。这项研究不仅对理解RNA的基础生物学有重要意义，而且有助于更好地将小RNA干扰技术用于研究和临床治疗。