当前位置:首页师资队伍PI冯新华研究进展

 

 研究进展

1、RanBP3L调控BMP下游Smad1/5/8蛋白的出核过程和间充质干细胞的分化


     骨形成蛋白Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) 是TGF-β家族主要成员,在个体发育和维持机体骨骼肌肉系统稳态的过程中具有重要作用。BMP信号的激活和终止依赖于对BMP下游Smads蛋白(Smad1/5/8)磷酸化和核质穿梭过程的调控。本课题组之前研究发现了介导Smad1/5/8蛋白去磷酸化的磷酸酶PPM1A和SCP4,初步揭示了BMP信号终止的机制。但是Smad1/5/8蛋白去磷酸化后如何被转运出细胞核的分子机制尚不清楚。本课题组研究发现了一个新小G蛋白Ran的结合蛋白,命名为RanBP3L。进一步实验结果显示,RanBP3L能够特异性地识别BMP信号通路中的Smad1/5/8,并介导它们的出核运输过程。这个过程依赖于小G蛋白Ran,被转运出核的Smad1/5/8可以进一步接受下一轮BMP信号的活化。但RanBP3L并不能帮助TGF-β下游Smad2/3的出核转运。运用荧光素酶报告系统发现过表达RanBP3L可以抑制BMP诱导的转录激活,并下调BMP下游基因的表达。BMP信号对间充质干细胞的分化调控具有重要作用,它可以促进间充质干细胞向骨和软骨方向分化,并抑制向肌肉方向的分化。在小鼠骨髓间充质干细胞的分化模型中, RanBP3L能够调控间充质干细胞向成骨方向的分化过程,敲减RanBP3L可以显著增加骨的形成。此外在成肌分化过程中,RanBP3L可以通过抑制BMP信号来促进成肌细胞向肌细胞方向分化。因此RanBP3L特异性地调控BMP信号通路具有重要的生理意义,并为在骨骼发育异常和骨质疏松等疾病的治疗上提供理论基础。

 

 



2、磷酸酶SCP4BMP信号通路的作用以及对成骨分化的影响  
     骨形成蛋白(BMP)在细胞内调控一系列的细胞应答,以及多种生长发育过程。在典型的BMP信号通路中,Smad蛋白是重要的调控分子,同时,在不同水平上受到其它因子的各种精确调控。Smad1/5/8蛋白通过BMP I型受体被磷酸化激活是其中的关键步骤。磷酸化的Smad1/5/8Smad4形成异源复合体转运入核,调控下游基因的表达。本课题组之前的研究发现磷酸酶PPM1A对TGF-β/BMP信号通路中所有R-Smads均有去磷酸化作用,从而实现信号终止。通过进一步的研究发现PPM1A的敲减并不能完全恢复磷酸化Smad1的水平,提示可能存在其它具有去磷酸化Smad1作用的磷酸酶存在。通过筛选,课题组发现了新的Smad1/5/8磷酸酶CTDSPL2/SCP4SCP4特异性地使Smad1蛋白CSXS序列去磷酸化,而对Smad2/3没有作用。SCP4与Smad1存在相互作用,能够在体外使Smad1去磷酸化,其磷酸酶活性依赖于其调节结构域和催化结构域。SCP4的高表达将减弱BMP信号,而对TGF-β信号无影响。反之,SCP4的敲减将延长Smad1的磷酸化并增强BMP信号。由于BMP蛋白对骨的形成具有重要作用,因此,通过进一步研究SCP4对成骨分化的作用发现在C2C12细胞中SCP4能够抑制BMP信号通路从而抑制成骨分化。SCP4的表达不受BMPTGF-β的调节,并且它与同一家族的SCP1/2/3、与之结构相似的FCP1亦具有不同的作用。本课题深入研究了SCP4的特异性底物及其催化活性的分子机制,揭示了SCP4作为Smad1/5/8特异性磷酸酶在BMP诱导的信号转导和细胞功能中的重要作用,为SCP4在生理和病理过程中的功能和机制研究打下了基础。

 

   
3、锌指蛋白ZNF451在TGF-β信号通路中的功能研究  
    TGF-β超家族包括TGF-βBMPActivin,它们通过调控转录而调节包括增殖、分化、凋亡等细胞活动,影响胚胎发育与器官的形成,且与多种人类疾病相关。Smads家族包括R-SmadsCo-Smad以及I-Smads。在信号转导过程当中,磷酸化的R-SmadsCo-Smad形成异源复合物入核,并与相应转录因子共同调控下游基因的表达。转录辅助因子在Smads调节转录的过程中主要修饰局部染色质结构,参与一般转录过程。本课题组通过酵母双杂交实验对Smad转录辅助因子进行筛选,发现一个新的Smad4结合蛋白Zinc Finger Protein 451ZNF451),它与Smad3/4存在相互作用并负向调节TGF-β信号。课题组发现ZNF451N端锌指区和Smad4MH2区存在相互作用。通过利用荧光素报告基因检测TGF-β信号强度,课题组发现过表达的ZNF451会抑制TGF-β诱导的信号转导,而ZNF451的敲减则增强TGF-β诱导的转录活动及生长抑制效果。ZNF451能够阻断smad转录共激活因子p300Smad3/4复合物的形成,使下游基因p15Ink4bp21Cip1等启动子上的组蛋白乙酰化程度下降而抑制这些基因的表达。同时,ZNF451的抑制作用不依赖于SUMO化修饰。在许多癌症发生的早期存在着TGF-β抗增殖响应的丢失,现阶段的许多研究表明多种Smad转录辅助阻遏物皆为原癌蛋白,因此,ZNF451也很可能具有原癌蛋白的性质。本研究为深入阐明癌症的发生机制以及开发潜在治疗靶点提供了新方向。