家蚕丝腺不同部位pH差异对i-motif结构的形成及其所调控基因转录的影响
批准号:
32102610
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
张晓娟
依托单位:
学科分类:
养蚕学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张晓娟
中文摘要
DNA i-motif是一种在酸性条件下由半质子化的C·C+碱基对堆积而成的高级结构。通过调节细胞内pH至酸性可以促进i-motif结构的形成。我们前期发现,POUM2基因启动子区域i-motif结构的形成促进POUM2的表达。然而,i-motif结构是否能够响应环境pH变化进而影响其所调控基因的表达仍需进一步研究。而家蚕前、中及后部丝腺在生理条件下分别呈酸、中及碱性,POUM2基因在前部丝腺中的表达水平显著高于中、后部丝腺。因此,本项目以家蚕丝腺为材料,通过分析丝腺中i-motif的分布特征、调节丝腺离体培养时的pH值及敲除POUM2启动子上i-motif结构、用特异性结合i-motif结构的化合物处理等手段,探索i-motif结构是否能够响应细胞pH的变化进而调控POUM2等基因在丝腺不同部位的差异表达。本项目为进一步深入认识和丰富DNA高级结构调控基因差异表达的分子机制提供依据。
英文摘要
DNA is one kind of secondary sturctures formed via a stack of intercalating neutral C- hemiprotonated C base pairs (C·C+) under acidic condition. It is beneficial to the formation of the i-motif structure by changing the pH in cells to acidity. We previously identified an i-motif structure in the promoter region of BmPOUM2 gene and the formation of i-motif facilitated BmPOUM2 expression in the silkworm, Bombyx mori. However, the mechanism that i-motif structures could response to the changes of cellular pH and then affect the expression of genes still need further studies. The silk gland is consist of anterior, middle and posterior silk gland, which are acidic, neutral and alkaline respectively. The expression level of BmPOUM2 in anterior silk gland was significantly higher than that in middle and posterior silk glands. This project will take the silkworm silk gland as the research material to explore whether the i-motif structure regulates the differential expression of POUM2 in different parts of the silk gland by responding to different pH in silk gland cells. This project will take following measures: 1) analyze the structural distribution characteristics of i-motif in the silk gland; 2) change the pH value of the culture medium of the silk gland in vitro and 3) knockout the i-motif structure in the POUM2 promoter as well as TMPyP4 treatment, to clarify that the differential expression of genes including BmPOUM2 are due to the formation or deformation of i-motif structure in different pH conditions. This project provides a basis for further understanding and enriching the molecular mechanism of differential expression of genes regulated by DNA higher structures.
i-motif结构是一种DNA四链体高级结构,该结构是由富含胞嘧啶碱基的序列折叠而成,由于维持i-motif结构关键的作用力是半质子化的C:C+碱基对之间的氢键作用力,因此,酸性环境更有利于i-motif结构的形成和稳定。我们前期在家蚕BmPOUM2基因的启动子上鉴定到一个i-motif结构,并证明该结构可以促进BmPOUM2的转录。基于这些发现,我们提出科学问题:基因调控区的i-motif结构能否通过感应细胞环境pH的变化,进而调控基因的转录呢?不同的pH环境通过影响i-motif结构,进而调控基因在不同组织或器官中的差异表达,是否是生物调控基因时空差异表达的一种新的机制?本项目围绕这些核心科学问题展开研究,取得了一系列研究成果:1)利用家蚕丝腺组织(前、中和后三个部位天然存在pH差异)和癌组织(癌组织呈酸性,正常组织呈中性),首次在生物的组织中证明在酸性细胞环境中i-motif结构形成更多;2)利用乳酸改变细胞内pH值,可以调控i-motif结构的形成,进而影响基因的转录表达;3)筛选和鉴定到一个特异性结合i-motif结构的小分子药物Bosutinib,该药物可以结合i-motif结构,并进一步打开该结构,进一步发现Bosutinib可以调控癌基因c-kit的转录表达;4)通过用靶向i-motif结构的小分子化合物处理家蚕细胞,鉴定到一批可能受到i-motif结构调控的重要基因和通路,为后续深入研究i-motif结构调控昆虫发育奠定基础。本研究对进一步理解i-motif结构在体内形成的机制提供了证据,也为理解基因时空差异表达的分子机制提供了新的见解。研究成果在ACS omega发表论文1篇,审稿中的SCI论文2篇,受理国家发明专利1项。
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