果蝇核膜蛋白Ote参与生殖干细胞中bam基因转录沉默的表观遗传机制研究

Gene positioning within the nucleus palys an important role in the regulation of chromatin structure and gene transcrition. Our previous works showed that Ote, a nuclear membrane protein, participates in the transcriptional silencing of the key differention factor bam in drosophila germline stem cell ,which is dependent on the BMP signaling initiated from niche cells. However, the epigenetic mechanism of how ote acts on bam transcriptional silencing at the nuclear periphery remains largely unknown. Thus, it is very necessary to perform this project wih the follwing aims. 1)to establish the epigenetic map of bam gene locus,especially of its promoter and silencer. 2)to uncover the co-repressors interacting with Ote at the nuclear periphery. 3)to explore the relationship among the epigenetic structure , gene positioning and transcripional repression of bam gene. This project will not only provide insights into the mechanisms about gene positioning and expression, but also promote us understanding the behavior of drosophila germ line stem cells. Importantly, it could offer valuable information for the study of other adult stem cell systems and contribute to prevention and treatment of laminopathies in humans.

基因的亚细胞核定位广泛参与了染色质结构和基因表达的调控。我们前期的工作表明，在模式物种果蝇的雌性生殖干细胞中，核内膜蛋白Ote能够介导关键分化因子bam的转录沉默，而且这一过程依赖于干细胞微环境的BMP信号。然而Ote蛋白如何能在干细胞的核被膜周围引起bam基因的转录沉默，bam基因染色质又具备怎样独特的构特征，其具体的表观遗传机制仍然未知。因此，本项目将开展以下研究：1)建立bam基因启动子区特别是silencer区的表观遗传状态谱。2)发现核被膜周区可能存在的与Ote蛋白存在相互作用的转录抑制因子。3）揭示bam基因染色质的表观遗传结构与基因的空间定位和有序表达的关系。本项目将提高我们对基因的亚细胞核定位和基因表达的机制认识，同时加深我们对果蝇生殖干细胞命运调控机制的理解。此外，还可能为其他干细胞研究系统提供借鉴，为相关核纤层疾病的发生﹑预防和治疗提供新的线索。

基因的亚细胞核定位广泛参与了染色质结构和基因表达的调控。我们前期的工作表明，在模式物种果蝇的雌性生殖干细胞中，核内膜蛋白 Ote 能够介导关键分化因子 bam的转录沉默，而且这一过程依赖于干细胞微环境的BMP信号。然而 Ote蛋白如何能在干细胞的核被膜周围引起 bam 基因的转录沉默，bam基因染色质又具备怎样独特的构特征，其具体的表观遗传机制仍然未知。因此，本项目将开展以下研究：（1)建立bam基因启动子区特别是silencer区的表观遗传状态谱；（2)发现核被膜周区可能存在的与Ote蛋白存在相互作用的转录抑制因子；（3）揭示bam基因染色质的表观遗传结构与基因的空间定位和有序表达的关系。本项目获得了以下实验结果：（1）确认bam基因的转录沉默除了受到外源的Dpp信号的调控外，很大程度上是由Ote调控的表观状态来决定的；（2）通过反向遗传学实验发现bam基因启动子区特别是silencer区的转录激活与常规的H3K27乙酰化的关系； （3）通过染色质免疫共沉淀实验研究bam启动子区的常规组蛋白修饰bam的转录沉默的关系。我们的研究结果发现了调控bam基因转录的表观机制的存在；bam基因的转录激活不依赖于H3K27的乙酰化，组蛋白乙酰化转移酶Gcn5通过调控细胞周期，控制干细胞命运；bam基因启动子区的H3K9三甲基化与bam基因的转录沉默正相关，而且甲基化酶Egg基因与ote存在物理上的相互作用。部分研究结果已经发表在FASEB J上，其他研究结果正在整理投稿中。该研究提高了我们对基因的亚细胞核定位和基因表达的机制认识，同时加深我们对果蝇生殖干细胞命运调控机制的理解。此外，还可能为其他干细胞研究系统提供借鉴，为相关核纤层疾病的发生﹑预防和治疗提供新的线索。