【摘 要】
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染色质调控因子分为染色质重塑因子和染色质修饰因子,它们在基因转录中起重要作用。全基因组数据的分析结果表明,大多数染色质调控因子以间接的方式调控基因表达。然而,大部分间接调控的机制尚不清楚,揭示染色质调控因子调控基因表达的间接分子机制将有助于理解染色质调控因子在基因调控及相关生物学过程中的确切作用。在本论文里,我们研究了通过影响组蛋白甲基转移酶Set1的转录间接调控基因表达的组蛋白修饰酶。通过无偏好
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染色质调控因子分为染色质重塑因子和染色质修饰因子,它们在基因转录中起重要作用。全基因组数据的分析结果表明,大多数染色质调控因子以间接的方式调控基因表达。然而,大部分间接调控的机制尚不清楚,揭示染色质调控因子调控基因表达的间接分子机制将有助于理解染色质调控因子在基因调控及相关生物学过程中的确切作用。在本论文里,我们研究了通过影响组蛋白甲基转移酶Set1的转录间接调控基因表达的组蛋白修饰酶。通过无偏好筛选H3/H4点突变体库,我们鉴定出13个下调Set1和H3K4me3下降的组蛋白突变体和2个上调Set1和H3K4me3的组蛋白点突变体,并发现他们的定位集中在三个结构簇上。在这些组蛋白点突变体中,H3K14A突变体的SET1转录和H3K4me3都显著降低。H3K14在SET1启动子处被组蛋白乙酰转移酶Gcn5乙酰化,促进SET1转录以维持正常的H3K4me3水平。相反,组蛋白去乙酰化酶Rpd3通过使H3K14去乙酰化抑制SET1转录,从而降低H3K4me3水平。Gcn5和Rpd3通过动态调控H3K14ac与H3K4me3之间的相互作用,调控SET1的转录和H3K4me3水平。通过影响Set1和H3K4me3,Gcn5以间接的方式调控部分基因的转录。具体研究内容如下:1.H3/H4组蛋白点突变体库中筛选H3K4me3和Set1水平同步变化突变体,并检测其中的SET1转录水平通过蛋白质免疫印迹(Western blots)技术检测Set1和H3K4me3在H3、H4蛋白突变体库中的水平,通过无偏好筛选组蛋白H3/H4点突变体库,得到H3K4me3和Set1在组蛋白不同位点的变化图谱。结果显示在13种H3/H4点突变体里检测到Set1和H3K4me3同步下降,在2种点突变体里中检测得到Set1和H3K4me3同步升高。在筛选出的15个组蛋白突变体中进一步检测SET1的转录水平,同时检测特异性促进H3K4me3的Set1复合体亚基SPP1的转录水平,得到了通过影响SET1转录水平调控H3K4me3的6个组蛋白突变体(H3K14A、H3R49A、H3T80A、H4K44A、H4Y98A和H3A7S),并通过过表达SET1验证了该结果。2.探究Gcn5催化的H3K14乙酰化(H3K14ac)调控Set1催化的H3K4me3的分子机制。通过分析上述筛选结果,我们发现H3K14突变体能够特异性抑制SET1转录从而下调H3K4me3。由于H3K14可被乙酰化促进基因表达,我们研究了H3K14乙酰化对于SET1转录水平以及H3K4me3的作用。通过筛选组蛋白乙酰转移酶(HAT)突变体和组蛋白去乙酰化酶(HDAC)突变体中的H3K4me3和Set1变化后,确定了Gcn5和Rpd3通过动态调控H3K14ac来影响SET1转录及H3K4me3。进一步我们发现Gcn5和Rpd3通过直接结合在SET1基因调控SET1基因上的H3K14ac,以此调控SET1基因转录水平。3.Gcn5通过调控SET1转录间接调控基因表达研究。通过分析RNA-seq和Ch IP-seq数据,我们发现Gcn5特异性调控的1226个基因中,仅265个直接被Gcn5结合,即Gcn5只直接调控了265个基因,其余961个基因受Gcn5间接调控。在间接调控的961个基因里,有114个基因被Set1和Gcn5共同调控,其中78个基因被Set1直接调控。我们随机选择了其中四个基因YIL015W、YKL138C、YKR080W和YMR189W,通过q PCR和Ch IP-q PCR进行了转录水平和蛋白富集水平的验证。通过过表达SET1验证Set1蛋白对这4个基因转录水平影响。最后,我们提出了Gcn5促进染色质修饰酶的表达以调控组蛋白修饰之间的相互作用和基因转录的分子模型。该模型将为研究其它染色质因子间接调控基因表达提供新的思路和线索。
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