核糖核酸酶A超家族是一类可以水解RNA的核酸内切酶,其同源基因通常在染色质上成簇排列。核糖核酸酶-4(Ribonuclease-4, RNase-4)和血管生成素(Angiogenin, ANG)作为超家族的第四和第五个成员,它们的基因共享相同的启动子区域以及部分5’-非翻译区(5’-Untranslate Region,5’-UTR),之后紧随两个独立的分别编码ANG和RNase-4蛋白的外显子。这种基因排列方式在核糖核酸酶A超家族中是唯一的,并且在整个基因组中也是非常罕见的。目前,对于这种特殊排列结构基因的转录调控仍知之甚少。因此,我们利用生物信息学手段分析了人类ANG和RNase-4基因座位上可能的调控元件,希望从其调控元件着手阐明这种特殊基因结构的调控模式。根据基因表达加帽分析(Cap-Analysis of Gene Expression, CAGE)数据库绘制了ANG和RNase-4基因转录起始位点,确定了基因启动子的位置。进一步,通过体内的双荧光素酶报告基因分析,我们发现ANG和RNase-4基因的启动子区域存在着两个活性位点,即远端启动子活性位点(P1)和近端启动子活性位点(P2),并且被两个tRNA顺式作用元件(T1和T2)隔开。其中,远端启动子活性位点P1的启动子活性被紧随其后的tRNA顺式作用元件T1所抑制,而位于近端启动子活性位点P2前端的tRNA顺式作用元件T1和T2可以显著增强P2的启动子活性。tRNA顺式作用元件也可以位置依赖性的方式影响猿猴病毒40(SV40)启动子的转录活性。除此之外,实验发现转录因子CTCF(CCCTC-binding factor, CTCF)结合于ANG蛋白编码外显子两侧的内含子中,从而促使基因内染色质环状结构的形成,并将ANG蛋白编码外显子包裹于此结构中,最终促进ANG和RNase-4基因的表达水平。我们的研究结果为揭示人类ANG和RNase-4基因的转录调控机制奠定了基础。人类核糖核酸酶A超家族共有13个成员,每一个成员都具有其各自特有的生物学功能,例如宿主防御、血管新生、促进抑制肿瘤生长和激活免疫系统等。ANG是第一个基于其促血管新生功能从肿瘤细胞培养液中分离纯化的核糖核酸酶,经过近30年的研究,对其在生理和病理条件下的作用机制已经有一定了解。已有实验证明ANG可以与rRNA基因的ABE (Angiogenin Binding Element, ABE)序列结合并促进rRNA的转录,但是其具体的分子机制仍不明确。我们通过体内染色质免疫共沉淀技术在细胞内验证了ANG除了可以与rRNA基因的ABE位点结合外,还可以结合于rRNA基因启动子的UCE (Upstream Control Element, UCE)位点,通过调控rRNA基因启动子区域的组蛋白修饰(包括组蛋白H4的乙酰化、组蛋白H3的第四位上赖氨酸的二甲基化以及第九位上赖氨酸的二甲基化修饰)以及DNA甲基化等表观遗传学修饰,促进RNA聚合酶Ⅰ转录前起始复合物(Pre-initiation Complex,PIC)的组装,最终增强rRNA基因的转录。除与rDNA区域结合外,一般认为ANG也可以作为转录因子促进细胞内其它基因的表达,但ANG是否可以结合在这些基因的启动子区域?本论文通过体内染色质免疫共沉淀与启动子基因芯片筛选相结合的技术,绘制了ANG基因组结合位点图谱,并且验证了几个直接受ANG调控的基因。RNase-4和ANG是同时被发现的,但是目前RNase-4的生物学功能仍是一个谜。我们利用生物信息学手段分析发现RNase-4与ANG具有非常一致的基因表达谱,并且在肿瘤组织中高表达。同时,我们课题组的前期工作也证明了RNase-4具有促血管新生、诱导神经发育以及在应激条件下保护神经元的功能。在此基础上,本论文探讨了RNase-4在肿瘤的生成与发展过程中的作用,结果显示RNase-4在肿瘤组织中高表达,并且具有促肿瘤血管新生和促进肿瘤生长的双重功能。因此,RNase-4是一种崭新的促肿瘤生长因子,可能成为肿瘤诊断和治疗的潜在靶点。综上所述,本博士论文研究发现：1.人类ANG和RNase-4基因表达受tRNA顺式作用元件和转录因子CTCF调控；2.ANG可以通过调控rRNA基因区域表观遗传学修饰而促进RNA聚合酶Ⅰ转录前起始复合物组装；3.ANG可以结合于一些基因的启动子区域；4. RNase-4是一种崭新的促肿瘤生长因子。