PRC2复合物介导的细胞核RNA干扰的功能与机制研究

Polycomb family proteins and histone 3 lysine 27 methyltransferase mediates the modification of H3K27, which plays critical roles in the establishment and maintenance of cell memory and development.RNA interference (RNAi) is a widely conserved mechanism to regulate gene expression in eukaryotes. However, it is unclear how RNAi is conducted in the nucleus. In this project, we propose to use C. elegans and human embryonic stem cells (hES) to study the mechanism and function of PRC2 complex in nuclear RNAi, and the roles of Nrde pathway in pluripotency maintenance and differentiation of hES cells. We will examine the subcellular localization of PRC2 complex, its binding to pre-mRNA or DNA, as well as whether these interactions rely on the presence of small RNAs or the Nrde pathway. Finally, we will study the roles of PRC2 complex and Nrde pathway in regulating the differentiation of hES cells to neuronal cells. Through this research, we will not only understand the basic biology of small RNA-mediated epigenetics and transcription regulation, but also assist the application of small RNA-based technology.

Polycomb家族蛋白和H3K27甲基转移酶介导了基因组的H3K27me3的修饰, 对建立和维持细胞记忆和生长发育起着关键作用。RNA干扰(RNA Intereference)是真核生物中一个广泛且保守的基因表达调节机制，对生物体的遗传和发育都非常关键。然而细胞核内RNAi的分子机制还不清楚。在本课题中，我们将以秀丽线虫和人类胚胎干细胞（hES细胞）为模型，探讨PRC2复合物在细胞核RNA干扰缺陷（Nrde)通路中的分子机制，以及细胞核RNA干扰在干细胞全能性维持和定向分化中的作用。我们将检查PRC2复合物的定位、与pre-mRNA以及DNA的结合，以及这些定位与结合是否依赖于小干扰RNA和Nrde通路。最后我们将研究PRC2复合物和Nrde通路在hES细胞向神经细胞定向分化中的作用。通过以上研究，我们将更深入地了解小RNA指导的表观遗传和转录调控机制，并为其应用提供相应的理论支持。

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干扰错靶的原因和机理，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：.在本课题中，我们探讨了PRC2复合物在细胞核RNA干扰缺陷（Nrde)通路中的分子机制；检查了PRC2复合物的定位、与pre-mRNA以及DNA的结合，以及这些定位与结合是否依赖于小干扰RNA和Nrde通路；研究了PRC2复合物和Nrde通路在细胞定向分化中的作用。从而更深入地了解小RNA指导的表观遗传和转录调控机制，并为其应用提供相应的理论支持。..重要结果：..在本课题的支持下，我们得到了以下几项结果：.(1).发现和解析了针对rRNA的反义小干扰RNA（risiRNA）的产生与作用机制。(PNAS, 2018; Nature Structural & Molecular Biology, 2017).(2).发现了解析了参与piRNA产生与加工的USTC复合物和 PICS复合物。(Cell Reports, 2019; Genes & Development, 2019).(3).发现细胞质RNAi通路可以介导RNAi过程的多代遗传。(Cell Reports, 2018).(4).发展了诱导染色体倒置的基因编辑技术。(G3, 2018)...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(见上)，应邀撰写综述5篇(Frontiers in Genetics 2019; Biology of the Cell 2018; RNA biology 2017; 中国科学.生命科学 2018, 2017)。毕业博士3名。..科学意义：..本项目进一步研究了模式生物秀丽线虫中调节下小RNA的产生与作用方式，发现了新种类的小干扰RNA,发现了调控piRNA的产生与加工因子,解析了获得性遗传的分子机制。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。