欢迎来到伟德国际betvictor官方网站!
伟德国际betvictor | 联系大家 | English Version

发现细胞“黑与白”的分子开关 --上海科学家揭示细胞颜色变化与DNA修复的新机制

在日常生活中,毛发、皮肤、眼睛等的颜色绝大多数是由黑色素细胞中的黑色素来决定的。这些细胞主要存在于皮肤基底层和毛囊中,决定着你我的肤色,也抵御了紫外线,保护了大家的基因组。



八月二十二日,中科院上海生化细胞所王纲实验室在《细胞》杂志子刊Cell Reports上发表了题为“Mediator MED23 Links Pigmentation and DNA Repair through the Transcription Factor MITF”的文章,该项工作发现了转录中介体复合物MED23亚基通过远端增强子调节转录因子MITF的表达,从而控制了黑色素细胞的颜色深浅,并调节DNA损伤修复。

王纲研究员实验室长期研究转录中介体的分子调控及其在发育和疾病中的功能,2012他们首先发现中介体复合物MED23亚基在Ras活跃型癌症发生过程中起关键作用(PNAS,2012);为进一步扩展这项研究中,他们大规模地在各种癌细胞中验证MED23的分子功能,并意外地发现:在小鼠黑色素瘤细胞B16F10细胞株中敲低MED23后,原本黑色的细胞变为白色,这引起了实验室成员的极大兴趣。

博士研究生夏敏与硕士研究生陈昆通过碱裂法及电子显微镜等方法测定了细胞的黑色素含量,发现MED23缺失的细胞中黑色素显著减少,在斑马鱼中敲低MED23也导致其色素合成下降、鱼的皮肤斑块变淡。这些实验结果表明,MED23在体内和体外均能调控黑色素细胞的色素生成功能。

考虑到皮肤中的黑色素细胞中产生的黑色素不仅决定着肤色,也帮助抵御紫外线,保护基因组,研究人员进而探究了MED23是否也能影响DNA的损伤修复,利用UV处理黑色素瘤细胞后发现,MED23的缺失导致DNA损伤的标志gH2AX磷酸化水平下降,DNA损伤减少;RNA及蛋白质水平分析表明,敲低MED23的细胞中DNA损伤修复因子表达量上升,同时结合在染色质上的量也增加,这说明MED23缺失造成细胞DNA损伤修复能力增强,使基因组处于防卫状态,从而补偿色素合成不足,以保护基因组的稳定性。



通过RNA测序及生物信息学分析,研究人员发现MITF可能是MED23的下游基因,而MITF是黑色素细胞发育的关键转录因子。MITF在MED23缺失的细胞中表达量明显下调,在MED23缺失的细胞中过表达MITF可以使变白的细胞重新变黑,同时UV处理后的gH2AX的水平也能够恢复上调。这些观察表明MITF可能受到MED23调控,二者共同参与黑色素生成及DNA损伤修复。

为了回答MITF如何受到MED23调控的问题,研究人员通过ChIP和荧光素酶报告系统等分析手段对MITF的上游转录因子和信号通路进行分析,但却失望地发现,MED23既不影响控制MITF的上游多个转录因子的表达,也不影响它们在MITF启动子区域的结合。最后研究人员利用H3K27ac抗体进行ChIP-seq,界定了三个MITF的潜在增强子区,并分别克隆了这三个增强子进行荧光素酶报告实验,结果发现MED23能够特异调控其中一个远端的增强子的活性;利用CRISPR/Cas9基因编辑技术将该增强子删除,研究人员观测到了细胞颜色变白,且MITF的表达了下降。这些结果说明MED23的确是通过调控该远端增强子来控制MITF的表达。

该项研究发现了MED23通过调控MITF增强子的活性来调控MITF基因表达,揭示了MED23/MITF共同协调控制色素合成和DNA损伤修复的两个重要的生物学过程,扩展了转录中介体复合物决定细胞命运的转录调控机理,也为皮肤细胞响应紫外线刺激和皮肤相关疾病提供了新的见解。这项工作得到了中科院马普计算所袁军教授和邵振教授实验室的大力帮助,并获得中科院及科技部的资助。


王纲实验室概况


王纲研究员长期研究转录中介体复合物的分子调控及其在发育与疾病中的功能,取得一系列原创性的研究成果,作为通讯编辑在《Mol Cell》,《Dev Cell》,《Genes & Dev》,《PNAS》, 《EMBO J》, 《Nat Com》, 《Cell Res》,《Development》,《Stem Cells》,《WIREs RNA》等国际杂志发表文章。目前任国际期刊《JBC》,《TRANSCRIPTION》, 及《中国细胞生物学报》编委,伟德国际betvictor秘书长。“百人计划”和上海“浦江人才计划”获得者。先后担任国家重大科学研究计划及国家重点研发计划首席科学家。获国务院特殊津贴及中国科学院优秀引导教师奖、“朱李月华”优秀教师奖。

其实验室的代表性工作包括:发现中介体参与mRNA加工及表观遗传调控(Mol Cell,2012;EMBOJ,2015);发现中介体在脂肪和肌肉细胞的双向分化中起“阴阳”调节作用(Dev Cell,2009;Genes Dev,2012);发现中介体MED23亚基在胚胎干细胞分化发育中的重要功能(Development,2015);发现中介体具有表观遗传调控功能,在肌肉细胞分化与癌症发生发展中起拮抗作用(PNAS, 2012;EMBO J, 2015);发现MED15亚基在TGFb/Smad信号驱动的乳腺癌癌症发生发展中的关键作用(JMCB, 2013);揭示与癌症相关的ERas-Akt信号通路在体细胞重编程中的重要功能及机制(Stem Cells, 2014);发现MED23在肝脏糖脂代谢调控、肥胖和Ⅱ型糖尿病发生发展中的重要功能及作用机制(Cell Research, 2014)等。


Selected Publications

1. Min Xia, Kun Chen, Xiao Yao, Yichi Xu, Jiaying Yao, Jun Yan, Zhen Shao, and Gang Wang* Mediator subunit MED23 links pigmentation and DNA repair through the transcription factor MITF. Cell Reports. 2017; 20(8):1794-1804.

2. Zhen Liu, Xiao Yao, Guang Yan, Yichi Xu, Jun Yan, Weiguo Zou*, Gang Wang*. Mediator MED23 cooperates with RUNX2 to drive osteoblast differentiation and bone development. Nat Commun. 2016; 7:11149.

3. Xiao Yao, Zhanyun Tang, Jingwen Yin, Yan Liang, Xing Fu, Robert G. Roeder, Gang Wang*. The Mediator subunit MED23 couples H2B mono-ubiquitination to transcriptional control and cell fate determination. EMBO J. 2015, 34(23):2885-902. (Cover story with commentary)

4. Wanqu Zhu, Xiao Yao, Yan Liang, Dan Liang, Lu Song, Naihe Jing, Jinsong Li, Gang Wang*. Mediator Med23-deficiency Enhances Neural Differentiation of Embryonic Stem Cells through Modulating BMP Signaling. Development. 2015; 142(3):465-76.

5. Yan Huang, Xiao Yao, and Gang Wang*. ‘Mediator-ing’ messenger RNA processing. WIREs RNA. 2015; 6(2):257-269. (Invited review)

6. Yang Sun, Xiaoyan Zhu, Xufeng Chen, Haifeng Liu, Yu Xu, Yajing Chu, Gang Wang*, Xiaolong Liu*. The mediator subunit Med23 contributes to controlling T-cell activation and prevents autoimmunity. Nat Communs. 2014; 5:5225.

7. Jingwen Yin, and Gang Wang*. The Mediator complex: a master coordinator of transcription and cell lineage development. Development. 2014; 141:977-987. (Invited review)

8. Yajing Chu, Leonardo Gomez Rosso, Ping Huang, Zhichao Wang, Yichi Xu, Xiao Yao, Menghan Bao, Jun Yan, Haiyun Song,Gang Wang*. Liver Med23 ablation improves glucose and lipid metabolism through modulating FOXO1 activity. Cell Res. 2014; 24:1250-1265.

9. Yong Yu, Dan Liang, Qing Tian, Xiaona Chen, Bo Jiang, Binkuan Chou, Ping Hu, Linzhao Cheng, Ping Gao, Jinsong Li, Gang Wang*. Stimulation of somatic cell reprogramming by ERas-Akt-FoxO1 signaling axis. Stem Cells. 2014; 32:349-363.

10. Wei Wang, Xiao Yao, Yan Huang, Xiangming Hu, Runzhong Liu, DongmingHou, Ruichuan Chen, Gang Wang*. Mediator MED23 regulates basal transcription in vivo via an interaction with P-TEFb. Transcription. 2013; 4(1):39-51.

11. Meng Zhao, Xu Yang, Yu Fu, Haifang Wang, Yuanheng Ning, Jun Yan, Yeguang Chen, and Gang Wang*. Mediator MED15 modulates transforming growth factor beta (TGFβ)/Smad signaling and breast cancer cell metastasis. JMCB. 2013; 5(1):57-60.

12. Jingwen Yin, Yan Liang, JiYeon Park, Dongrui Chen, Xiao Yao, Qi Xiao, Zhen Liu, Bo Jiang, Yu Fu, Menghan Bao, Yan Huang, Yuting Liu, Jun Yan, Minsheng Zhu, Zhongzhou Yang, Pingjin Gao, Bin Tian, Dangsheng Li, Gang Wang*. The Mediator MED23 plays opposing roles in directing smooth muscle cell and adipocyte differentiation. Genes & Dev. 2012; 26(19):2192-2205. (Highlighted by Nature Asia – AIMBN)

13. Xu Yang, Meng Zhao, Min Xia, Yuting Liu, Jun Yan, HongbinJi, and Gang Wang*. Selective Requirement for Mediator MED23 in Ras-active Lung Cancer. PNAS. 2012; 109(41):E2813-22. (Highlighted by Nature Asia – AIMBN)

14. Yan Huang, Wencheng Li, Xiao Yao, Qijiang Lin, Jingwen Yin, Yan Liang, Monika Heiner, Bin Tian, Jingyi Hui, and Gang Wang*. Mediator Complex Regulates Alternative mRNA Processing via the MED23 Subunit. Mol Cell. 2012; 45:459-469. (Cover story with commentary; Highlighted in Faculty 1000)

15. Wei Wang, Lu Huang, Yan Huang, Jingwen Yin, Arnold J. Berk, Jeffrey Friedman, Gang Wang*. Mediator MED23 links insulin signaling to the adipogenesis transcription cascade. Dev Cell. 2009; 16:764-771.

编辑:中科院上海生化细胞所   郑渊铭

本资讯已有 778 人浏览
XML 地图 | Sitemap 地图