Smad2/3信号通路在胚层形成和分化中的作用机理

在脊椎动物胚胎发育过程中，胚层的形成和分化是器官发育的基础，Smad2和Smad3介导的TGF-beta信号在胚层的形成和分化中起重要作用。本项目将通过酵母双杂交法和蛋白质组学方法鉴定斑马鱼早期胚胎发育中Smad2/3的结合蛋白；主要利用体外培养细胞研究几个Smad2/3结合蛋白对Smad2/3的活性和功能的调控作用和机理；通过在斑马鱼胚胎中过量表达或反义寡核苷酸抑制等技术，探索几个Smad2/3结合蛋白在斑马鱼胚胎的胚层形成和分化中的作用、及其与其它相关信号的互作关系。本项目可望发现调控Smad2/3所介导的TGF-beta信号转导和其发育功能的新机理，加深对脊椎动物胚胎早期发育调控的认识。

Nodal和Bmp信号在脊椎动物胚胎胚层的形成和分化中起重要作用，它们分别由胞内的Smad2/3和Smad1/5/8（R-Smads）介导。为了进一步阐明在斑马鱼胚胎发育中Smad2/3活性的调控，本项目分别以斑马鱼Smad2、Smad3a、Smad3b为诱饵蛋白，通过酵母双杂交鉴定出数十个与其结合的斑马鱼因子，然后重点对其中的Ppp4c、Araf、Mta3等进行了深入的功能和机制研究。.我们发现，Ppp4c既可与Smad2/3结合、也可与Smad1/5/8结合，增强TGF-beta和Bmp信号活性；在斑马鱼胚胎中敲降ppp4ca/b基因，胚胎腹部命运受抑制而背部命运受促进，也可抑制过量表达bmp2b或激活型smad5引起的腹部化效应，表明ppp4ca/b在胚胎发育中主要起促进Bmp-Smad1/5/8信号转导的作用。这种效应出现但在早期发育中。进一步的机理研究发现，Smad1/5/8结合Ppp4c后，将其带到Smad1/5/8的靶基因的启动子上，使Hdac3去磷酸化，从而使染色质结构改变为有利于转录的状态。.对Araf的研究表明，它喜好与激活的Smad2结合，使之连接区253位的丝氨酸磷酸化，导致其通过泛素化而降解，从而起到抑制TGF-beta/Nodal信号转导的作用。在胚胎中敲降araf，增加了激活的Smad2而减少了连接区磷酸化的Smad2,促进了中内胚层命运和背部化；araf过量表达可抑制过量表达squint或激活型smad2所引起的中内胚层增加和背部化。进一步的研究发现，Araf对Smad2的作用不依赖于MAPK信号通路。.对mta3的研究揭示，它在胚胎发育中的作用是作为NuRD的组份参与原始造血。对Rbb4l的研究表明，它与Smad3结合，促进TGF-beta/Nodal信号转导，促进胚胎的背部命运。.我们的研究发现了调控R-Smads活性和功能的一些新的机理，也加深了对脊椎动物胚胎早期发育调控的认识。.本项目已在国际著名刊物Developmental Cell、Blood、Cell、EMBO J、Development等发表论文6篇，另有一篇在Nature Communications修稿再审，一篇已被《遗传》接受发表；培养博士后2名，博士生5名。因此，本课题圆满地完成了课题任务，实现了预期目标。.