细胞应激中基因激活的表观遗传调控机制

摘要

ATP酶依赖的染色质重塑复合物可以激活或抑制哺乳动物基因表达。SWI/SNF复合物的ATP酶亚基，hBrm和Brg1，它们不兼容在同一个染色质重塑复合物中，因此常常以hBrm和Brg1来命名其所在的染色质重塑复合物。虽然它们在细胞增殖、凋亡以及个体发育方面的功能已经有了比较深入的研究，但其在环境和生理刺激下的作用还不清楚。本文研究在非致死性的高温（热激）和γ干扰素诱导的环境下，人类淋巴细胞应激过程中的基因激活及其在染色质水平的调控机制。
　　 我们主要研究hBrm和Brg1通过基因启动子区的IFN-γ活化序列(GAS)调控基因表达的机制。我们的结果显示在热激和IFN-γ作用下，在基因GAS位点上发生了Brg1替换hBrm的过程*并激活该基因的表达。我们发现热激和IFN-γ作用可以活化p300，使其通过Stat1募集到GAS位点，免疫共沉淀和染色质免疫共沉淀(chromatinimmunoprecipitation，ChIP)的结果显示CBP/p300是热激后乙酰化hBrm的重要的乙酰基转移酶。热激和IFNγ作用下，hBrm被乙酰化，其C端的四个赖氨酸位点对于乙酰化的过程十分重要。乙酰化的hBrm从mSin3a-HDAC共阻遏复合物中解离，然后离开GAS位点。赖氨酸位点突变的hBrm热激后不能脱离GAS位点，从而阻碍了Brg1的募集。同时热激后Stat1的Y701和S727位点磷酸化，ChIP-ReChIP的结果显示Stat1的磷酸化有利于Brg1在GAS位点的募集。限制性内切酶可接近性实验(Restrictionenzymeaccessibilityassay)的结果显示热激和IFN-γ作用下，hBrm/Brg1转换引起染色质结构的开放，激活了下游基因的表达。我们的研究首次提出了hBrm到Brg1的转换的分子机制，以及其在染色质水平上激活基因表达的模型。
　　 真核细胞生物热激基因表达首先需要有热激因子(heatshockfactor,HSF)与热激元件(heatshockelement，HSE)的结合。本组曾证明hsp90β基因第一内含子中的iHSE在热激下结合HSF1并诱导hsp90β基因的表达。本研究进一步发现除HSF1外，Stat1的磷酸化在该基因激活过程起更重要的作用。而Stat1的Y701和S727磷酸化在热激下分别需要Jak2和PKC8激酶的活性，这些激酶的活化需要分子伴侣hsp90β的参与。此外SWI/SNF染色质重塑复合物的ATP酶亚基Brg1，可在热激作*即“hBrmtoBrg1swith”，下文中均简称为“Brm/Brg1转换”用下被HSF1和磷酸化的Stat1募集到GAS位点。导致染色质结构的开放和hsp90β基因的活化。我们首次提出激酶、转录因子和染色质重塑复合物共同参与真核基因自身调控的模型。
　　 我们首次提出了热激和IFN-γ在染色质水平调控下游基因相似和不同的机制，揭示了细胞应激中基因激活的一个共同的“Brm向Brg1转换”的过程及其调控机制，为热激作用下免疫基因的活化以及热疗过程中免疫功能的重建提供了重要的分子基础。同时，本研究初步阐明热应激细胞中hsp90β基因自身调控的表观遗传机制，为进一步研究细胞在不同应激中基因活化的表观遗传调控机制提供了重要的理论依据。