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RNA结合蛋白DND1在PGC发育中发挥功能的分子机制

批准号:
32071195
项目类别:
面上项目
资助金额:
57.0 万元
负责人:
黎彦璟
学科分类:
结构生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
黎彦璟

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
DND1是一类RNA结合蛋白,对原始生殖细胞(PGC)的发育至关重要。DND1可以结合到特定的mRNA上,抑制miRNA与其靶标位点相互作用,从而保护这些转录本免受miRNA介导的翻译阻遏;同时,DND1也可以与NANOS2-CNOT1形成蛋白复合物,通过脱腺苷酸化促进mRNA降解。然而,DND1如何通过调控这两种生物学过程决定RNA分子的最终命运,还不清楚。本项目将致力于解决以下两个问题:1)通过解析DND1-RNA复合物的结构,揭示DND1结合RNA的分子机制;2)通过研究DND1-NANOS2-CNOT1复合物的结构和功能,阐明该复合物特异性降解RNA的生化机理。我们的研究将揭示DND1调控特定基因表达的生化基础,为更深入的理解PGC发育和生殖细胞命运决定提供理论支持,并帮助我们从新的角度认识RNA结合蛋白发挥功能的基础分子生物学机制。
英文摘要
DND1 is an RNA-binding protein essential for germline development. DND1 has both positive and negative regulatory roles in gene expression. On the one hand, DND1 can bind to specific mRNAs and inhibit miRNA association with their target sites, thus protecting these transcripts from miRNA-mediated repression. On the other hand, DND1 can also form protein complexes with NANOS2-CNOT1 to promote mRNA degradation through deadenylation. It is unclear how DND1 precisely regulates these two opposite functions and how DND1 determines the ultimate fate of the bound RNA molecule. In this project, we aim to address these questions by the following studies. (1) Solve the structure of DND1-RNA complex to reveal how DND1 can specifically recognize the target RNA. (2) Elucidate the structural basis and functional roles of DND1-NANOS2-CNOT1 complex to reveal how the complex specifically destabilizes a set of transcripts. The proposed study will provide the first structural insights into the molecular mechanisms by which DND1 regulates a subset of mRNAs and in turn determines the fate of germ cells, and also give us important implications on the general molecular mechanisms by which RNA binding proteins function.
在原始生殖细胞(PGC)发育和胚胎干细胞(ESC)多能性维持等关键生物学过程中,细胞命运受到RNA结合蛋白与表观遗传调控因子的协同调控。作为染色质组织和基因表达的重要调控因子,RNA结合蛋白通过与转录因子、结构RNA等多价相互作用,精确调控细胞的分化与功能。近年来,RNA结合蛋白在转录调控、表观遗传修饰及细胞命运决定中的核心作用日益凸显,成为生命科学研究的前沿热点。本项目聚焦于RNA结合蛋白DND1和DDX18在细胞命运调控中的功能机制,特别是在PGC发育和胚胎干细胞多能性维持中的作用。通过整合一系列创新技术手段,我们深入探讨了这些蛋白如何通过与RNA分子相互作用,以及通过相分离机制调控细胞内的生物学过程。具体研究成果包括:(1)解析了DND1与NANOS家族蛋白的相互作用及其在PGC发育中的功能,阐明了DND1通过相分离过程协同调控DND1-NANOS-RNA复合物功能的分子机制;(2)揭示了DND1与NANOS复合物对特定RNA底物的选择性,利用HyperTRIBE技术捕获DND1靶向RNA并系统解析其调控网络;(3)阐明了DDX18在hESC多能性维持中的重要作用,揭示了其在核仁相分离和染色质组织中的调控机制,并开发了NoCasDrop工具,实现了对核仁功能的精确调控;(4)建立了三种甲基化底物定量方法(Methyl-Quant WB、Methyl-Quant LC-MS/MS、Methyl-Quant MALDI-TOF MS),为表观遗传修饰的分子机制提供了关键技术支持。本项目的研究成果不仅深化了对RNA结合蛋白在细胞命运调控中作用的理解,还推动了相关技术方法的创新,为未来的生物学研究和应用研究提供了有力支持。这些成果为深入解析PGC发育、干细胞多能性维持及细胞命运选择的分子机制奠定了坚实基础,同时为RNA结合蛋白的功能研究提供了新的技术手段和理论框架。
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