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以染色质共价修饰为主要标志的表观遗传调控作为整合细胞内外环境因素与基因组遗传信息的媒介,直接调控基因表达,决定细胞增殖、分化与功能特化,在生命活动中起到不可或缺的作用。MEN1基因(小鼠为Menl)是多发性内分泌肿瘤Ⅰ型综合征(Multiple endocrine neoplasia type1,MEN1)的关键致病基因之一,其编码蛋白menin为多组织表达性核蛋白。menin调控的组蛋白甲基化修饰与靶基因转录调控、疾病发生的关系是目前这一领域研究的热点。近年来的研究结果表明,menin通过与MLL等组蛋白修饰酶系统相互作用,影响组蛋白H3K4甲基化修饰和染色质结构等表观遗传学机制而调节关键靶基因表达,广泛参与细胞周期,细胞增殖,细胞迁移,细胞凋亡以及DNA损伤修复等过程。Pax2是调节胚胎肾脏发育的重要基因,在调节肾脏间质一上皮转化的过程中发挥关键作用,并且具有促细胞增殖的功能,在多种肿瘤的发生中扮演重要角色。基因芯片结果显示,Menl-/-MEF细胞中Pax2表达量明显上调,提示menin调控的Pax2表达可能是实现menin生物学功能的主要信号通路之一,但其机制尚不清楚。在肺腺癌中,menin能够影响H3K27的组蛋白修饰从而抑制PTN的表达。然而,menin是否通过影响PcG家族蛋白介导的H3K27的甲基化修饰而抑制Pax2,尚不清楚。
本研究以Menl+/+和Menl-/-MEF细胞为研究模型,采用染色质免疫共沉淀(ChIP)、免疫共沉淀(IP)等分子生物学技术探讨menin对Pax2的表观遗传学调控机制。通过ChIP方法,我们发现menin能够影响Pax2启动子区组蛋白H3K27的三甲基化水平但并不与Pax2的基因位点直接结合;进一步的研究结果显示,menin能上调WT1的表达,并且WT1能够影响Pax2启动子区组蛋白H3K27的三甲基化水平;我们通过IP证实了WT1能与DNMT1及PcG家族蛋白EZH2、SU212相互作用。以上结果表明:menin上调WT1的表达,WT1招募PcG家族蛋白以及DNA甲基转移酶1,使Pax2启动子区组蛋白H3K27三甲基化水平和DNA甲基化水平增高,进而抑制Pax2的转录。
本研究结果阐明了menin可通过上调WT1而以两种不同的表观遗传学修饰机制间接抑制Pax2的转录,将为进一步揭示menin在肾胚胎发育、肾肿瘤等的生物学意义提供理论依据。