研究揭示miR-133a的转录调控机制及其在细胞分化中的作用

9月9日，国际学术期刊Cell Death & Disease发表了中国科学院生物物理研究所卫涛涛课题组与美国Creighton大学屠亚平课题组的合作论文，这是卫涛涛课题组与屠亚平课题组长期合作所取得的又一成果。研究人员发现，miR-133a表达的上调促进了线粒体生物发生和肌细胞分化，并进一步通过“定向染色质构象捕获”（CAPTURE）技术找到了调控miR-133a表达的上游调控因子KAP1，从而加深了对miR-133a转录调控机制及重要功能的了解。

microRNA（miRNA）在多种生理及病理生理过程中起着重要的调控作用。在前期工作中，卫涛涛课题组与屠亚平课题组密切合作，通过分子、细胞及动物实验证明，TGF-β1诱导表达的miR-133a可通过负反馈调节的方式作用于TGF-β1受体及其效应分子，负调控TGF-β1信号通路，从而抑制甚至部分逆转特发性肺纤维化（IPF）的进程，相关论文于2019年9月11日发表于Cell Death & Disease杂志。

鉴于miR-133a的重要生理及病理生理学作用，探明其调控机制将对治疗肺纤维化等相关疾病提供重要的线索。卫涛涛课题组与屠亚平课题组进一步以成肌细胞分化过程中miR-133a动态表达为模型，使用基于CRISPR/Cas9的CAPTURE技术，结合高通量测序及生物信息学分析，系统研究了miR-133a表达的调控机制，发现KAP1相关的转录调控复合物可抑制C2C12成肌细胞中miR-133a的表达；敲低KAP1可增加miR-133a的表达，此过程伴随线粒体生物发生和C2C12成肌细胞分化；miR-133a的上调足以诱导线粒体生物发生和C2C12成肌细胞分化，而miR-133a抑制剂则显著抑制细胞分化。

该研究首次使用CAPTURE技术鉴定了细胞分化过程中调控miR-133a表达的重要因子，为理解microRNA的精确调控机制提供了新思路。

卫涛涛课题组博士生张佳龄为论文第一作者，卫涛涛、屠亚平为论文通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、生物大分子国家重点实验室的资助。

图1. 用“定向染色质构象捕获”技术富集与miR-133a基因上游调控区域结合的调控蛋白，质谱鉴定发现KAP1等转录抑制因子可结合于miR-133a基因上游区域(A)；过表达KAP1下调miR-1/133a的表达，而敲低KAP1促进miR-1/133a的表达(B)。

图2. miR-133a显著增加线粒体的膜电位(A)，通过PGC-1 /Nrf1途径上调多种线粒体电子传递复合体亚基的表达(B)，并增强线粒体的氧化磷酸化(C)。