PRC2的非组蛋白底物和不依赖于H3K27甲基化的功能研究

The function and mechanisms for PRC2 function on H3K27 tri-methylation and gene repression have been intensively investigated and elucidated. However, little has been known about the PRC2 non-histone substrates, and the H3K27me3-independent function of PRC2 remains to be uncovered. Here in this proposal, we plan to intensively investigate the non-histone substrates and H3K27 trimethylation independent function of PRC2 by using bio-informatic and proteomic technology and methods. Firstly, we will perform bioinformatic anlaysis on the PRC2 associated ChIP-seq data and molecular biological experiments to find the function and the mechanisms underneath chromatin regions with high EZH2 but low H3K27me3 enrichment; Secondly, we are applying bioorthogonal profiling of protein methylation (BPPM) combined with proteomic methods to screen and identify the non-histone substrates of PRC2. Based on the results produced from the bioinformatic and proteomic analysis, we are able to systematically analyze the H3K27me3-independent function and biological effect of PRC2 in mouse ES and cancer cells. We believe this research will provide novel insights into the function of PRC2 in the development and carcinogenesis. More importantly, it will produce more theoretical supports for the regenerative medicine, and novel targets for the cancer therapy.

关于PRC2通过其组蛋白H3K27甲基转移酶活性抑制基因表达的机制及其在干细胞和肿瘤生物学中的功能，已经得到广泛深入的研究。然而，关于PRC2的非组蛋白底物和不依赖H3K27甲基化的功能和生物学意义却知之甚少。本研究拟利用生物信息学和蛋白组学等多种技术手段，深入研究PRC2的非组蛋白底物和不依赖H3K27me3的生物学功能。一方面，我们对PRC2相关ChIP-seq的数据进行生物信息学分析，探究其不依赖于H3K27 me3富集于染色质的分子机制和生物学意义；另一方面，我们采用新的生物正交反应的蛋白甲基化标记方法，结合蛋白组学筛选PRC2的非组蛋白甲基转移酶底物，并在干细胞和肿瘤细胞中检测其被PRC2甲基化产生的生物学效应。相信本研究的开展和成果会让我们更深入的了解PRC2在胚胎发育以及肿瘤形成中的功能和作用，亦会为干细胞再生医学提供新的理论支持，并为肿瘤的治疗提供新的分子靶标。

核仁是细胞核中最重要的结构，是核糖体RNA转录和核糖体生物合成的场所。以前的研究提示核糖体RNA转录和核仁具有超越核糖体生物合成以外的调控功能。我们现在发现Ddx18将核仁的功能和胚胎干细胞的多能性联系起来。Ddx18敲除小鼠不能发育到囊胚期并在胚胎期4.0天致死。Ddx18敲低导致小鼠胚胎干细胞多能性和自我更新能力丧失。Ddx18是核仁RNA结合蛋白，可结合核糖体RNA和DNA，调控核糖体RNA转录和核糖体生物合成。有意思的是，转录聚合酶I的抑制剂ActD处理的小鼠胚胎干细胞可呈现与Ddx18敲低相似的表型，提示Ddx18很可能是通过调控核仁中核糖体RNA转录活性来维持小鼠胚胎干细胞的多能性。这些结果表明了核糖体转录和核仁结构在维持胚胎干细胞多能性中的作用，并促使我们进一步研究Ddx18介导的核糖体RNA转录机制。我们发现Ddx18可与PRC2相互作用，Ddx18敲低导致PRC2的核心组分Ezh2在核仁中的定位增多，在核糖体DNA区域的富集增强，组蛋白H3的27位赖氨酸甲基化亦随之增强。更重要的是，我们发现Ddx18对PRC2在核仁区域的核糖体DNA上活性和富集的调控作用对Ddx18在维持核糖体RNA转录和核仁结构以及胚胎干细胞多能性和自我更新是有贡献作用的。我们的研究表明Ddx18通过调控核糖体RNA转录和核仁开放的结构从而起到保护胚胎干细胞多能性的功能。而且，我们的研究揭示了一种RNA结合蛋白介导的PRC2活性和在核糖体DNA染色质富集的新机制。