****入选者《Development》发布新成果

　　

    生物通报道  近日，中科院生物物理研究所研究人员在新研究中第一次揭示了SUMO化通路与JNK信号通路联系的分子机制，为进一步研究SUMO化的功能以及JNK通路的调节建立了一个新的模型，相关研究论文发表在发育生物学专业期刊Development上。

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    领导这一研究的是中国科学院生物物理研究所焦仁杰研究员，其早年毕业于北京大学生物学系细胞生物学与遗传学专业，2004年受聘于中国科学院生物物理研究所，任研究员，博士生导师。

    SUMO是一种结构上与泛素相似的小分子。SUMO化循环与泛素化循环过程相似，但SUMO化修饰具有与泛素化修饰截然不同的功能。泛素化修饰的靶分子经常被蛋白酶体降解，而SUMO化修饰则介导靶分子定位和功能调节。SUMO化修饰参与基因转录调节、DNA损伤修复及基因组稳定性调节、离子通道功能调节以及生物节律的调节等。JNK信号通路参与多种生理过程的调节如胚胎发育、免疫反应、细胞分化等。JNK通路功能失调与心脏肥大、糖尿病、细胞凋亡及多种人类肿瘤的发生、发展密切相关。因此JNK是一个潜在的分子治疗靶点。

    果蝇是研究SUMO化生物学功能的极好模型，在果蝇基因组中只有一个基因（smt3）编码SUMO分子。因为SUMO化在多种生物学过程中发挥功能，所以smt3基因的突变是致死的。焦仁杰实验室的黄海等人利用果蝇中强有力的遗传操作工具，在不同的组织（如眼、翅膀、背部等）中特异敲低smt3导致组织发育缺陷（如图）。

    研究人员进一步的细胞与生化研究发现：smt3的敲低引起Hipk（homeodomain interacting protein kinase）分子从细胞核转运到细胞质，激活JNK通路的活性，最终导致正常组织发育终止。

    该研究第一次将SUMO化通路与JNK信号通路通过HIPK联系起来，为进一步研究SUMO化的功能以及JNK通路的调节建立了一个新的模型。

（生物通：何嫱）

作者简介：
焦仁杰 研究员，中科院****入选者
 
焦仁杰研究员1965年1月30日生于江苏、泰兴。1987年毕业于北京大学生物学系细胞生物学及遗传学专业，获学士学位。1991年获北京大学细胞生物学硕士学位。同年留校任教。历任助教、讲师。1999年获苏黎世大学分子生物学研究所博士学位。2004年受聘于中国科学院生物物理研究所，任研究员，博士生导师。

现任中国科学院生物物理研究所研究组长，《Journal of Genetics and Genomics》等期刊编委，英国癌症研究基金会(Cancer Research UK)等基金评审人，《Journal of Cell Science》等杂志论文评阅人。

实验室主要研究方向  染色质与信号转导：决定细胞增殖调控与神经发育

焦仁杰自上世纪九十年代中后期开始致力于果蝇发育的分子遗传调控研究。至今他已在Dev. Cell, Development, Dev. Biol., Mol. Cell. Biol., Mol. Biol. Cell, J. Cell Sci., Oncogene, Biophys. J., PLoS ONE等专业期刊上发表研究论文三十多篇。目前，焦仁杰实验室主要研究方向是以果蝇为模型研究：（1）染色质可塑性的表观遗传调控与信号转导的关系。DNA是遗传信息的载体，中心法则（DNA→RNA→蛋白质，即基因型决定表型）依然是解释各种生命现象的最重要的规则。然而，有些生命现象却是中心法则难以解释的，比如同卵双胞胎的基因组序列是完全一样的，但是他们在发育、长相或性格上是存在明显差异的；人的心脏细胞与表皮细胞具有同样的基因组序列，但是这两类细胞的功能是有很大差别的。已有的研究发现：这种不依赖于DNA序列的差异而产生的表型的不同是由表观遗传决定的。表观遗传在发育过程中的细胞分化、在iPS（induced pluripotent stem cells）去分化、在肿瘤细胞的形成、在一些神经相关行为（如学习与记忆）、以及在一些家族性遗传病发生等过程中起着非常重要的的调控作用。然而，表观遗传相关的一些重要基本问题仍然有待揭示。这次问题包括：表观遗传调控如何与信号转导相整合？细胞分裂过程中组蛋白的表观遗传修饰是如何传给子代细胞的？发育过程中的表观遗传记忆是如何形成与维持的？DNA修复后染色质的表观遗传修饰是如何复原的？等等。这些基本问题都与染色质的可塑性直接相关。我们实验室近年的研究发现：组蛋白伴侣分子（如CAF-1, chromatin assembly factor 1）直接参与一些表观遗传修饰与记忆的建立与维持。然而，其作用机制有待进一步阐明：为此，他们已经利用果蝇遗传学高通量筛选技术，获得了一系列可能与CAF-1相互作用的候选基因：这些基因主要包括与组蛋白修饰相关的酶、与细胞生长及细胞周期调控相关的蛋白、与染色质重塑相关的因子、与神经细胞发育及信号转导相关的基因等等。进一步的功能研究及机制研究是实验室未来几年甚至更长时间内的重点研究方向之一。（2）与细胞增殖及细胞命运决定相关的信号通路。（一）、JNK信号通路参与多种生物学过程的调控 。我们近年的研究发现了一个与JNK信号通路相关的新蛋白Hipk，它是JNK通路与SUMO通路的连接因子。我们正在研究Hipk在连接JNK与SUMO通路中发挥作用的分子机制。（二）、btr基因编码一个含有多个EGF重复的跨膜蛋白，在果蝇发育过程中可能具有多方面的功能：包括气管系统的决定、神经细胞的决定、学习与记忆的调控、表皮细胞极性的决定、细胞数量与大小的决定等等。通过高通量遗传学筛选，我们已经获得了一系列参与以上生物过程调控的、与btr具有遗传互作的调节因子。这也是实验室感兴趣的另一研究方向。（3）表观遗传与神经发育及动物行为。