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北京大学综述Polycomb与心脏发

2018-12-03 15:49:42

北京大学综述:Polycomb与心脏发育

生物通“核心刊物”迎来了新期刊:科学通报,中国科学C辑:生命科学,这两份期刊均是由中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办的,我国学术期刊中的知名品牌,被国内外各主要检索系统收录,如国内的《中国科学论文与引文数据库》(CSTPCD)、《中国科学引文数据库》(CSCD)等;美国的SCI、CA、EI,英国的SA,日本的《科技文献速报》等。目前针对每期的重点内容,生物通将展开详细推荐,欢迎读者共同参与……生物通报道:心脏作为维持血液循环的“泵”, 在人体发挥重要作用. 而心脏发育的正常进行则是维持其功能的基础. 因此, 对心脏发育及其调节的研究一直为科学家们所关注. Polycomb 复合体是一组抑制基因转录的蛋白, 参与调节多种组织器官发育相关基因的表达. 越来越多的证据表明, Polycomb 在心脏发育中起重要的调节作用. 因此, 进一步了解其调节作用的机制, 将为解析先天性心脏病的发病机制提供有益线索. 近期来自北京大学医学部的研究人员从表观遗传的角度, 重点阐述了Polycomb蛋白复合体与心脏发育的关系.

Polycomb group(PcG)蛋白复合体于1978年在果蝇(Drosophila melanogaster)中作为同源盒基因(homeotic genes,Hox基因)的抑制因子被发现, 作为在基因沉默中发挥关键调节作用的一类复合物, 其重要性越来越引起科学界的关注. PcG 蛋白通过对染色质的修饰来实现对靶基因在转录水平的调控. 作为表观调控因子的重要成员, PcG具有高度的保守性, 到目前为止, 果蝇中已有18 个不同的基因被归为PcG成员, 并至少有4种蛋白质复合体被发现, 分别为PRC1(polycomb repressive complex 1), PRC2 (polycomb repressive complex 2), PhoRC(PHO- repressive complex)和PR-DUB(polycomb repressive deubiquitinase). 而哺乳动物体内也相继发现这4种复合体的类似物, 只是构成较果蝇更为复杂和多样.

其中PRC2是PcG的核心组分, 在转录抑制起始阶段发挥作用. 其组成相对恒定, 从果蝇到哺乳动物都由果蝇zeste 基因增强子人类同源物1/2(enhancer of zeste homolog 1/2, EZH1/2)、zeste 基因抑制子12(suppressor of zeste12, SUZ12)、胚胎外胚层发育蛋白(embryonic ectoderm development, EED)、视膜母细胞瘤结合蛋白7/4(retinoblastoma binding protein 7, RBBP7/4)构成.

而PRC1 维持处于阻抑状态染色质的稳定性, 在PcG 蛋白复合体中用于识别H3K27me3 (trimeth- ylation of lysine 27 of histone H3), 并进一步沉默基因. 在哺乳动物中, PRC1 主要由5个核心蛋白家族结合而成, 每个蛋白家族都包含几个成员, 分别为CBX家族(chromobox homolog, CBXs; CBX2/4/6/7/8), 环指蛋白1(ring finger protein 1, Ring1; Ring1A/B), 磷酸盐转运蛋白(phosphate carrier, Phc; Phc1/2/3), 表观抑制因子Polycomb家族成员环指蛋白的同源蛋白(polycombgroup ring finger homologs, PCGF;PCGF1/6)和Ring1, YY1结合蛋白/YY1 相关蛋白2(Ring1 and YY1 binding protein/YY1-associated factor 2, RYBP/YAF2). 因此, 这些蛋白质和家族成员的不同组合可以产生多种PRC1, 也赋予PRC1潜在的多样化功能. PhoRC 可用于连接PcG复合体与DNA. 这些蛋白质复合体可以单独或联合来抑制目标基因的转录.

作者指出,正如大多数的科学问题, 心脏发育的影响因素十分复杂, 受到多种转录因子的调节. 同时相关转录因子又受到基因水平和表观遗传学水平的调控.

这篇综述介绍的PcG蛋白一方面可以通过抑制相关转录因子的表达来调节心脏发育, 另一方面也可以通过影响长链非编码RNA(lncRNA)以及microRNA等其他表观遗传机制来发挥对心脏发育的调节. 但许多具体机制还不甚了解, 新的发现也不断地更新着人们的观念. 如传统认为, 成体心肌细胞是高度成熟的细胞, 失去了分裂和分化的能力, 不再进入细胞周期. 然而, 越来越多的研究发现, 心肌组织内应该存在干细胞, 无论是成体心肌细胞还是其他干细胞都存在有分化为心肌细胞的潜能, 即在心肌损伤后有再生的潜能, 而非只能通过纤维组织增生来取代.

有研究发现, 心肌细胞细胞周期的激活可以改善心脏的功能, 这就为细胞损伤后的细胞治疗和基因治疗指出了新的方向. Polycomb 蛋白复合体作为心肌分化和心脏发育过程中重要的调控因子, 在分子水平为先天性心脏病的发病机理提供了可能的解决答案.

(生物通)

原文检索:

李君, 刘扬, 鲁寒, 等. Polycomb 与心脏发育. 中国科学: 生命科学, 2015, 45: 643–651 Li J, Liu Y, Lu H, et al. Polycomb and heart development. SCIENTIA SINICA Vitae, 2015, 45: 643–651, doi:10.1360/N (版权所有,未经书面许可,不得转载

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