北京生命科学研究所最新《PNAS》文章

　　

生物通报道：来自北京生命科学研究所，中国医学科学院（中国协和医科大学）北京协和医院，以及美国德克萨斯农工大学（Texas A&M University)的研究人员发现了PcG类似基因（PcG-like genes）在线虫Caenorhabditis elegans神经元形成调控方面的重要作用。这对于进一步了解其它神经元如何转化成多巴胺神经元，以及神经方面疾病的治疗提供了新的理论依据。这一研究成果公布在1月10日《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。

文章的通讯作者为北京生命科学研究所，2006年获得礼来-亚洲杰出科学奖的张宏博士（简介见后），第一作者为杨勇（在读博士生），孙银燕博士和罗昕（技术员）。

原文摘要:
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 10.1073/pnas.0610261104
Polycomb-like genes are necessary for specification of dopaminergic and serotonergic neurons in Caenorhabditis elegans 
[Abstract]

聚硫蛋白家族（Polycomb group，PcG)对早期发育至关重要，PcG蛋白可以维持关键的发育调节因子如Hox基因的准确表达模式，而且越来越多的证据现实，PcG蛋白也参与了对细胞增殖和肿瘤发生的调节过程。

但是果蝇和哺乳动物细胞中的PcG复合体的成分非常复杂，这就阻碍了对PcG介导基因沉默以及相关靶基因的研究。而与此相反，在秀丽线虫(C. elegans)中PcG复合体的成分相对简单，因此张宏博士的实验室就以秀丽线虫作为模式系统研究PcG复合体介导的基因调节作用并从而延伸到对哺乳动物的研究中。

在之前2006年的一篇发表在《Development》杂志上的文章，研究人员在秀丽线虫中发现一个新的PcG基因：sor-1，这一基因能抑制Hox基因的转录，具有RNA结合特性并在体内形成明显的核内小体。

在这篇新发表的《PNAS》文章中，研究人员发现PcG类似基因：sop-2和sor-3可以调节多巴胺或5-羟色胺神经元的形成和其它一些神经元的特性。多巴胺，5-羟色胺等都属于神经递质，神经递质是一种在化学突触传递中担当信使的特定化学物质，各种分化神经细胞的一个很重要的特点就是可以分泌不同的神经递质，如果这些神经递质异常就会引起疾病，比如多巴胺或5-羟色胺神经元的异常可导致精神或神经紊乱。然而目前对于神经元及其神经递质形成的分子机制还不十分清楚。

这篇文章发现sor-3基因编码的一个新蛋白具有MBT 重复（MBT repeat）－－这是在其它物种中PcG蛋白SCM和Sfmbt具有的组蛋白结合活性的位点。进一步的研究发现sor-3突变会导致Hox基因异常表达，以及同源异形转换（homeotic transformations），因此研究人员认为这两个PcG类似基因可能是通过下游的非Hox基因来调节神经元的特性。

这些研究成果揭示了PcG类似基因在线虫神经元特征性表达中的关键作用，也为治疗精神或神经紊乱等疾病提出了重要理论依据。张宏博士表示：“我们的研究结果表明：鉴定PcG基因在调节神经元特性上的作用将有助于我们更好地把其他神经元转化成多巴胺神经元，从而为我们在对帕金森综合症病人进行移植治疗时提供了理论依据”。
（生物通：张迪）

附：

（照片从左到右： 田娥、罗忻、张玉霞、张宏博士、孙银燕博士和杨勇）

张宏博士1991年毕业于安徽大学生物化学系，2001年获得美国纽约 Albert Einstein College of Medicine分子遗传学博士学位。之后成为哈佛大学医学院、马萨诸塞总医院癌症中心研究员，2004年回国在中国北京生命科学研究所工作。

其主要的研究领域为：

研究PcG (Polycomb group)基因介导的表型基因沉默机理。众所周知，PcG蛋白可以维持关键的发育调节因子如Hox基因的准确表达模式。而且，现在越来越多的证据现实，PcG蛋白也参与了对细胞增殖和肿瘤发生的调节过程。然而，在果蝇和哺乳动物细胞中，PcG复合体的成分非常复杂，这就阻碍了我们对PcG介导基因沉默以及相关靶基因的研究。与此相反，在秀丽线虫(C. elegans)中，PcG复合体的成分相对简单。张宏博士实验室的工作就是利用秀丽线虫作为模式系统研究PcG复合体介导的基因调节作用并从而延伸到对哺乳动物的研究。 
实验室的前期工作已经证明秀丽线虫的PcG蛋白SOP-2蛋白具有RNA结合能力。在功能和结构上，这都与其他机体的PH和SCM蛋白类似。有意思的是，SOP-2蛋白可以形成明显的核小体即SOP-2小体。 SOP-2小体的形成和其功能紧密相联，并可被翻译后修饰如sumoylation调节。

因此，实验室以后的工作主要集中在： 

1. 鉴定SOP-2蛋白结合的RNA成分，并阐述其在SOP-2介导基因沉默中的作用。PH和SCM结合RNA的活性以及在基因沉默中的作用也将被进一步的研究。 

2. 研究核小体在SOP-2介导基因沉默中的作用。进一步鉴定SOP-2核小体的成分并分析SOP-2小体形成的调节途径。 

3. 鉴定sop-2靶基因并研究在sop-2突变体中看到的它们对发育过程的多方面调节效应。