摘要
转录因子能够直接结合特定DNA序列（也称“模体”，motif），从而精准地调控基因的表达过程。转录调控在生物体正常发育、代谢和疾病发生等过程发挥核心功能。转录因子影响细胞分化、药物研发、基因治疗等多个领域，在生物医药研究的各个层面中具有重要作用。深入了解转录因子如何调控基因表达，以及转录因子的结构和功能信息具有重要科学意义。 过去十多年间罕有新的转录因子在人类基因组中被发现，然而我们的研究致力于发掘和证实一个新的转录因子家族——BEND（BEN domain-containing）家族。BEN结构域是在后生动物和病毒等物种中发现的蛋白质结构域。已有研究表明，果蝇中的BEND蛋白如Insv和Elba等成员在调控基因表达方面发挥了关键作用，它们作为转录抑制因子或者基因表达绝缘子参与调控。果蝇Insv和Elba蛋白的BEN结构域能与直接DNA结合，介导转录调控功能。但是目前关于哺乳动物中BEND家族蛋白的研究仍然缺乏。为了提供更多在哺乳动物中关于BEND家族蛋白的结构和功能信息，本课题深入探讨了几种哺乳动物BEND蛋白（BEND3蛋白，NACC1蛋白，NACC2蛋白）的BEN结构域与DNA的相互作用机制，并且对BEND3蛋白的DNA结合特性及其生物学功能进行了详尽分析。 本课题综合利用小鼠遗传学、分子生物学、细胞生物学和生物信息学技术，研究Bend3基因的生物学功能和分子机制。通过一系列体外DNA结合筛选实验，包括PBM array,ChIP-seq和reporter assay等体外实验技术，我们发现了 BEND3蛋白与DNA结合位点的直接相互作用，并能够强烈抑制下游基因表达。我们发现BEND3蛋白的BEN3和BEN4结构域直接结合DNA并介导基因表达调控，从而证实了 Bend3基因作为一个全新的转录因子参与转录调控。在结构研究方面，我们通过比较不同物种的BEN结构域进行比较，并使用AlphaFold2和RoseTTAFold等软件进行结构预测，揭示了 BEND家族蛋白的BEN结构域对靶DNA识别时采取多种策略。为了进一步探究BEND3蛋白的生物学功能，我们构建了 Bend3基因突变小鼠。结果显示，Bend3基因突变导致突变新生鼠出现严重发育缺陷并且迅速死亡。Bend3基因敲除小鼠的纯合致死的表型说明Bend3基因有重要生物学功能。 本研究不仅发现BEND3蛋白是重要哺乳动物转录因子，而且扩展了我们对BEND家族蛋白与DNA相互作用分子活性的理解，为进一步研究BEND家族蛋白的功能以及基因转录调控机制提供了重要基础。
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