信号诱导Brd4从染色质解离是调控P-TEFb募集及基因转录延伸的重要机制

摘要

在真核细胞中,编码蛋白基因的转录均由RNA聚合酶Ⅱ(RNA PolⅡ)来完成,其转录表达调控是通过一系列复杂而精致的机制而完成的。过去,人们均认为基因转录前起始复合物(Pre-initiation Complex,PIC)的组装和转录起始(Initiation)是调控基因转录表达,应对细胞内外信号的唯一调控平台。但近年来,越来越多的证据表明,在诸如细胞生长、细胞分化和应对环境变化等多种过程中,基因转录的延伸阶段在调控基因表达过程中也扮演了极其重要的角色。P-TEFb复合体是由Cdk9及Cyclin T1组成的异二聚体激酶,在转录延伸过程中可磷酸化RNA PolⅡ大亚基CTD上第2位丝氨酸、负性转录延伸因子DSIF和NELF以及组蛋白H1,克服转录延伸过程中负性延伸因子的阻抑作用,刺激全长mRNA的转录。除了作为细胞内绝大多数基因转录所必须的基本转录因子,P-TEFb还是HIV-1转录复制过程中必不可少的宿主细胞因子之一,并且与心肌肥大、癌症等疾病的发病机理相关。本实验室前期研究已揭示了P-TEFb复合物活性调控的分子机制,即信号诱导可同时激活细胞内Ca2+-calmodulin-PP2B和PP1a信号通路,通过协同作用使Cdk9-T186位点去磷酸,导致P-TEFb从无转录活性的7SK snRNP复合物中释放。释放的P-TEFb经Cdk9-T186位点的重磷酸化和募集至启动子区,才能有效地促进基因转录延伸的进行。因此,除解离释放与重磷酸化之外,P-TEFb在启动子区的募集可能也决定着整个转录延伸的进行。目前,在细胞内已经发现了两类的转录因子参与了P-TEFb募集工作,第一类是一些基因特异性的转录因子,如p53,NF-κB,TIF1γ等。第二类是通用型基本转录因子,现阶段认为Brd4是唯一的募集P-TEFb通用型转录因子。最近研究发现Brd4控制的P-TEFb募集在调控信号诱导基因转录延伸中扮演关键角色,但是其具体机制还不是很清楚。
　　 本文通过大量的文献调研和实验摸索对已报道的核抽提方法进行有目的的改进,建立一种新的核分级抽提方法,使其可以有效地将细胞内可溶蛋白(以游离形式存在于细胞的胞质或者核质中)与不可溶蛋白(在细胞内与染色质直接或者间接结合的蛋白)分离开。利用此方法研究发现,静息状态下绝大部分的Brd4都“停泊“在染色质上,并证明该现象普遍存在于哺乳动物细胞。采用UV和HMBA这两种经典的处理方式对细胞进行刺激,发现信号刺激会激活乙酰化酶(HDAC)依赖性的信号途径,使组蛋白H4 K5/8Ac去乙酰化。那些原本与染色质结合紧密的Brd4变得松动,部分从染色质上解离。解离的游离态Brd4选择性地结合Cdkg-T186已被重新磷酸化的游离P-TEFb,通过调控有转录活性的P-TEFb在启动子区的募集来控制可诱导基因的转录延伸。用组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDACi)抑制组蛋白的去乙酰化可以使Brd4与染色质相互作用加强,抑制Brd4从染色质上的解离,从而抑制Brd4对P-TEFb的募集作用,进而阻滞HMBA对转录延伸的激活。这表明,在应激条件下,细胞通过调节组蛋白乙酰化水平来控制Brd4从染色质上的解离及其对P-TEFb的募集,是调控应激基因转录表达的重要机制。结合前文报道,我们提出相应的分子模型,解释外界信号诱导P-TEFb从无活性复合物释放和诱导Brd4从染色质解离的双重作用,阐述了解离的Brd4介导P-TEFb在启动子区的应激募集,从而刺激应激性基因转录表达的信号和分子机制。