细胞核蛋白CrXAP5依赖的纤毛基因转录表达分子机制研究

Cilia and flagella are polarized organelles extending from the surfaces of cells, and play important roles in a wide range of biological processes and organisms. They are dynamic structures that undergo assembly and disassembly throughout the cell cycle and during development. The expression of ciliary components are precisely coordinated during cilia assembly. Defects in cilia in humans may cause various genetic disorders which are called ciliopathies. In previous research, We find that CrXAP5 is a nucleus-localized protein and modulates flagellar assembly. CrXAP5 is phosphorylated and dephosphorylated during flagellar regeneration. Further studies show that mutation in xap5 led to decrease the expression of several conserved genes involved in the assembly and function of cilia in various organisms. This project is focused on the research that CrXAP5 modulates the expression of genes encoding ciliary proteins and the phosphorylation of CrXAP5, to uncover the mechanism by which flagellar assembly is programmed at the transcriptional level, and clarify the function of phosphorylation in the expression of ciliary genes. The findings of the research will provide a theoretical support for the prevention, diagnosis and treatment of human ciliopathies.

纤毛/鞭毛是一类突出于细胞表面具有极性结构的细胞器，在多种组织器官细胞中发挥着重要的生物学功能。在细胞周期和发育过程中，纤毛会发生周期性的组装和解聚，纤毛组装过程中各组分有着精确的表达调控机制，而纤毛结构和功能缺陷会导致相关纤毛疾病。在前期研究中，我们发现衣藻细胞核蛋白CrXAP5调控纤毛组装过程，纤毛再生过程中，CrXAP5迅速发生磷酸化，而随着纤毛生长，CrXAP5又逐渐发生去磷酸化。进一步研究发现，CrXAP5参与了纤毛基因转录表达调控过程。本项目拟研究在纤毛组装过程中CrXAP5调控纤毛靶基因转录表达的作用机理和CrXAP5蛋白质磷酸化修饰的机制，揭示基因转录表达调控在纤毛组装过程中的作用，探明磷酸化修饰在调控纤毛基因转录表达中的功能，进一步完善基因转录水平表达调控纤毛组装理论，该研究将会为预防、诊断和治疗人类纤毛疾病提供一定的理论支持。

真核生物的纤毛（或鞭毛）是以微管为主要结构，且突出于细胞表面的一类细胞器。纤毛具有非常保守的结构特征和功能，参与多种生物学过程，包括细胞运动、动物胚胎发育、细胞信号转导以及细胞分裂等。真核生物细胞有着严格的机制来调控纤毛组装和维持纤毛长度，其中纤毛基因的转录调控是调节纤毛发生的起始步骤。虽然转录水平调控纤毛基因表达最先在单细胞衣藻中发现并被实验证实，但是转录调控纤毛基因表达的作用机制并不清楚。.以单细胞真核生物衣藻为模式生物，通过大规模纤毛突变体筛选鉴定，发现细胞核蛋白XAP5参与纤毛组装过程。探讨XAP5蛋白进入细胞核的分子机制，在细胞周期和诱导纤毛再生过程中XAP5蛋白磷酸化调控的作用机理。进一步研究证实XAP5蛋白是以转录因子的形式参与纤毛基因转录表达调控的，并通过招募RNA聚合酶II调控纤毛基因转录表达。此外，项目还初步研究了XAP5相互作用蛋白参与纤毛组装过程的分子机制。.项目揭示了XAP5蛋白参与纤毛调控的分子机制，为研究XAP5蛋白家族参与其他生物学过程的调控机制提供新的思路，并定义了一类全新的转录因子，为转录因子家族增添了一类新的成员。项目首次报道单细胞真核生物中纤毛基因转录调控的分子机理，解决了困扰本领域科学家近半个世纪的难题，为真核生物中纤毛进化研究打下基础，并为纤毛组装机制研究提供新的研究方向。