ETS1促转录停滞释放和血管新生的分子机制研究

Aberrant blood vessel development contributes to many types of diseases such as myocardial infarction, stroke and cancer. Decades of intensive studies have revealed that the extracelluar and intracelluar signal transduction pathways that regulate vascular development. However, the transcriptioanl and epigentic program inside the nuclei are less understood. The ETS family of transcrption factor (TF) play key roles in vasculogensis and angiogenesis. ETS1, a prototypical ETS family member, is essential for angiogenesis, and overexpression of ETS1 is sufficient to activate angiogeneiss in quiescent endothelial cells. The fundamental mechanism by which ETS1 activates angiogesis is unkown. Our prelimiary ChiP-seq experiments revealed that ETS1 highly occupanpied the regulatory elements of a broad range of angiogesis-related genes in endothelial cells and regulated their expression and response to VEGF activation. Moreover, ETS1 has been found to regulate RNAPII RNA transcriptional activity. In the study, we propose to futher unveil the molecular mechanism underlying ETS1 regulates angiogenesis and RNA synthesis through the integation of cutting-edge techniques such as ChiP-seq, RNA-seq, protein immunoprecipitation and transgentic mouse etc. The fullarching goal of this study is to open a new avenue to devleop new theories and therapeutic targets controlling angiogenesis and its related diseases.

血管系统的功能异常与许多常见疾病如心梗、脑卒中和肿瘤的有着密切的联系。以往研究证明细胞外以及细胞浆内的信号传导分子对于血管发育和功能具有重要影响。然而对细胞核内分子包括转录因子和表观遗传学分子在血管中的功能及作用机制知之甚少。ETS1 是重要的转录因子。ETS1在休眠血管内皮中过表达足以启动血管再生。但是其促血管新生的基本分子机制还不清楚。 本课题拟采用基因组学、转录组学、生物信息学、生物化学和分子生物学以及血管新生动物模型相结合的方法，探讨ETS1调控 RNAPII转录效率和血管再生的分子机制，从而为控制血管新生，进而治疗相关疾病提供新的理论依据和分子靶标。

RNA聚合酶II（RNA polymerase II，RNAPII）的转录停滞释放（pausing release）在近些年的研究中被认为是转录调控的一个关键节点。但是对于核外信号如何调控RNAPII的转录停滞却依然不清楚。在本研究中，我们发现内皮细胞主调控因子之一的ETS1在血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）刺激下被乙酰化，并通过与BRD4的结合招募停滞释放复合体，进一步促使了RNAPII的停滞释放。内皮细胞ETS在应激后期含量提升，并且与静息期相比，ETS成倍结合到转录基因启动子区域，通过全基因组层面RNAPII的停滞释放增加刺激基因表达量的提升。我们也同时证明了ETS1介导的RNAPII停滞释放对体外和体内血管新生的重要性。基于此，我们证明了一个血管新生通路，即VEGF刺激内皮细胞中ETS1和BRD4的结合去广泛地促进RNAPII从停滞到转录延伸，从而促进血管新生。. 启动子区二价域是具有激活和抑制基因表达双功能的一个特异的表观遗传标记。二价域在胚胎干细胞中被发现，但是在分化细胞中的功能却不明确。我们发现VEGFA刺激的内皮细胞呈现广泛的二价域分布并标记特定的VEGFA应激基因。早期应激二价基因依赖EZH1介导的RNAPII停滞释放而非H3K27me3来使表达上调。而其晚期抑制则依赖于KDM5A招募和Polycomb repressive complex 2 (PRC2) 。EZH1能通过上调EGR3来促进血管新生，而KDM5A则会抑制该过程。因此，我们证明了二价域在血管新生过程中的重要调控作用，并阐明了与在胚胎干细胞中截然不同的作用机制。. 综上，我们基于VEGFA刺激的体外血管新生模型，首先阐明了ETS1、二价域和RNAPII停滞释放在血管新生中的重要调控作用，并证明了RNAPII停止释放对前两者调控的重要性。其次，我们较为详细地填补了外界信号刺激下内皮细胞应激的核内调控过程。再者，区别于胚胎干细胞二价域功能，分化细胞如内皮细胞中二价域存在截然不同的功能方式。