CUL4B基因在X-连锁智力低下综合征发生中的分子机制研究

我们的前期研究发现CUL4B基因丧失功能突变导致一种新的X连锁智力低下综合征，同时英国学者也在8个X连锁智力低下综合征家系检测到CUL4B基因突变，说明CUL4B基因在个体发育尤其是神经发育中起重要作用。CUL4B属于CULLIN基因家族，该家族成员是泛素连接酶复合物的支架蛋白，参与调节包括细胞周期蛋白、转录因子、肿瘤抑制蛋白、细胞膜蛋白和组蛋白等多种蛋白。CUL1、CUL3、CUL4A和CUL7基因缺失小鼠胚胎期或出生后致死，但CUL4B的生物学功能目前几乎一无所知。本课题将通过建立Cul4b基因敲除小鼠模型，分析Cul4b基因缺失对小鼠生长发育尤其是神经系统发育和认知功能的影响；分析CUL4B在神经系统中的表达情况、对神经细胞增殖、分化和神经元突触形成以及对造血细胞增殖分化的影响，初步了解CUL4B基因的基本功能，并最终阐明其在X连锁智力低下综合征发生中的作用机制。

Cullin-RING ligase (CRLs)复合物参入调控细胞周期进展、转录、信号传导和发育等多种生物过程。Cullin是CRL复合物的骨架蛋白，其家族成员CUL4B基因突变导致X连锁智力低下综合征。本项目采用体内外分析手段对CUL4B的生物学功能进行了研究，取得了以下结果：.第一，建立了条件性基因敲除小鼠模型，发现全身性敲除Cul4b基因导致胚胎致死，杂合子小鼠出生比例下降和表现出发育迟缓，说明Cul4b在小鼠胚胎发育过程中发挥重要作用。利用Nestin-Cre神经特异性敲除Cul4b基因小鼠表现为学习记忆能力低下；.第二，分析了CUL4B在细胞增殖中的作用，发现抑制CUL4B表达导致细胞增殖减少、S期延长，cyclin E累积；同时，我们分析了CUL4B的亚细胞定位，发现CUL4B主要定位于细胞核，其核定位信号位于该蛋白的N末端， N末端的第37-40位氨基酸KKRK是其正确入核所必需的；.第三，由于抑制CUL4B表达导致S期延长，我们分析了CUL4B在DNA复制中的作用，发现CUL4B通过正调控核内CDC6进而调控MCM2募集到染色质上而影响DNA复制起始。CUL4B调控CDC6依赖于CDK2，CDK2通过磷酸化CDC6而使其免受APC介导的蛋白降解；而CUL4B上调CDK2又是通过抑制miRNA372和miRNA373实现的。以上研究建立了CUL4B调控CDK2-CDC6而在细胞增殖中发挥重要作用的调控通路。.第四，发现CUL4B复合物CRL4B通过其组分DDB1与转录抑制复合物PRC2相互作用，共同调控一组基因的表达；而且CRL4B发挥转录抑制作用依赖于PRC2但不依赖于PRC1;CRL4B可以通过单泛素化H2AK119而发挥转录抑制作用；抑制或敲除Cul4b基因不仅导致H2AK119ub减少，而且导致H3K27me3明显减少，进而导致在细胞增殖和迁移过程中发挥重要作用的一组靶基因表达上调。我们发现CUL4B能促进肿瘤细胞增殖、侵袭和肿瘤发生，CUL4B在多种肿瘤组织中高表达。

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