KLF5泛素化调节在人早期胚胎与胚胎干细胞中的分子机制研究

KLF5 is one of the deciding factors controlling the fates of early embryos and embryonic stem cells. The half-life of KLF5 protein is relatively short in a variety of cell types, thus the protein degradation is important for KLF5 function. Ubiquitin-proteasome degradation system is the major way for protein degradation in eukaryotic cells. Our previous studies revealed FBW7 and WWP1 are KLF5 ubiquitin ligases, and elucidated that YAP and TAZ compete with WWP1 in regulating KLF5 protein levels, integrating the posttranslational regulation theories of KLF5. The current study will firstly identify the expression and localization of KLF5 and its ubiquitination related factors in human early embryos and human early embryonic stem cells (hESCs). Secondly, zygotes and hESCs will be interrupted by silencing or over-expressing with the above mentnioned genes, and the changes of KLF5 expression levels as well as the embryonic and hESC characteristics will be evaluated. Accompanied with ubiquitination analysis, the ubiquitin ligase of KLF5 in human early embryos and hESCs will be clarified. Finally, based on the single-cell RNA sequencing results of our previous study, the potential KLF5 critical downstream targets will be explored. In summary, the current study will provide new molecular mechanisms of human embryonic development, as well as potential targets and new therapeutic strategies for the reproductive treatment.

KLF5是决定早期胚胎与胚胎干细胞命运的关键因子之一，而KLF5蛋白在多种细胞中均表现出半衰期短的特性，因此其翻译后降解对于KLF5功能发挥至关重要。泛素-蛋白酶体系统是真核细胞蛋白降解的主要途径，我们研究发现了FBW7，WWP1两种KLF5泛素连接酶，并完善了YAP/TAZ与WWP1竞争调节KLF5的分子机制。本课题拟在前期研究基础上进一步明确KLF5及其泛素化调节相关基因在人早期胚胎和人胚胎干细胞(hESC)中的表达，通过基因沉默与过表达并进行泛素化分析后，检测KLF5蛋白水平，观察胚胎与hESC功能改变情况，以明确在人早期胚胎和hESC中KLF5的泛素化调节机制。此外，本研究将以课题组单细胞RNA测序前期成果为依据，探索胚胎发育中KLF5相关的潜在关键性下游基因，揭示其在人胚胎发育过程作用的分子机制，为生殖医学提供潜在的药物靶点与新的治疗策略。

KLF5参与机体诸多生理病理过程，包括细胞周期、炎症、凋亡等重要生理病理过程。之前的我们的研究提示KLF5能够促进乳腺细胞的增殖、维持干细胞特征等，目前的课题围绕KLF5在细胞增殖和凋亡中的分子机制研究，同时探索开发以KLF5为靶点的临床药物。研究内容主要包括两个方面，其一是探索在乳腺上皮细胞以外的细胞中KLF5作用的分子机制。由于曾有报道指出KLF5基因完全敲除小鼠的胚胎不能存活,在胚胎8.5之前即已死亡，提示KLF5是早期胚胎发育中决定胚胎命运的关键因素之一。我们利用小鼠的早期胚胎，开展了KLF5与相关E3在人与小鼠卵母细胞与早期胚胎中的表达、定位研究，并通过沉默与过表达技术探讨KLF5在早期胚胎与胚胎干细胞中的生物学功能。另一方面，由于之前的我们的研究提示KLF5能够促进乳腺细胞的增殖等特征，乳腺癌的治疗药物靶点开发尤为重要。本项目的研究结果表明，MIT通过Sp1/KLF5抑制基底三阴性乳腺癌（TNBC），MIT可用于治疗TNBC。综上，项目研究结果进一步明确了KLF5在促进细胞增殖中的作用，特别是在早期胚胎中的作用机制；并且，MIT是一种很有临床应用潜力的TNBC治疗候选药物，以期开发医学治疗中潜在的靶点与新的治疗策略。