原癌基因lmo2定位于人类11号染色体短臂1区3带(11p13),最早是从带有染色体易位t(11;14)(p13;q11)的急性T淋巴细胞白血病患者病变细胞的染色体断裂点处克隆得到的。lmo2是一个造血系统发生和发育过程中不可或缺的基因,lmo2基因敲除小鼠胚胎卵黄囊血岛不能正常发生,造成在胚胎期约10.5天时死亡,嵌合胚胎实验显示LMO2对造血系统所有谱系细胞的发育都是必需的。但LMO2在造血发育中的表达具有时空特异性,在T细胞发育中晚期选择性不表达,而其异常表达后直接导致急性T淋巴细胞白血病(T-ALL)的发病,且在超过50%的T淋巴细胞白血病病例中存在LMO2的异常表达。LMO2属于锌指结构域转录调控因子,其功能主要是通过调控下游靶基因的表达来实现的。但LMO2本身缺乏直接结合DNA的能力,通常作为桥梁分子将LDB1、GATA1/2、TAL1、E47等转录因子聚集形成一复合物,并结合于DNA上毗邻的GATA和E-box位点,发挥转录调控功能,抑或在病理条件下结合于只包含两个E-box的位点发挥转录调控作用。本文在前述研究基础上,主要从三个方面针对LMO2的分子生物学功能机制及调控靶点进行了深入研究:首先,lmo2基因具有三种转录产物Lmo2-a/b/c,其中Lmo2-a/b编码158个氨基酸的蛋白LMO2-L,Lmo2-c编码151个氨基酸的蛋白LMO2-S,两者在N端有14个氨基酸的不同,但特征性LIM结构域部分相同。本研究通过MBP-pulldown实验和哺乳动物双杂交实验,证实了LMO2-L与LMO2-S具有自身二聚化的特点,在此基础上,发现LMO2-L/-S对不同靶基因的转录调控具有不同的机制:LMO2-L对靶基因的转录调控方向(表达上调或下调)取决于其靶基因调控序列中组成LMO2结合位点的GATA位点和E-box的排列方式,当两者以5’-E-box-GATA-3’或5’-GATA-E-box-3’方式排列于转录编码链(正链)时,LMO2-L复合物通常对其有上调转录活性的作用,而当两者以5’-GATA-E-box-3’方式或E-box-E-box方式排列于转录模板链(负链)时,LMO2-L复合物对其具有转录抑制作用;LMO2-S复合物则对所有排列方式的基因具有组成型的转录抑制作用而没有选择性。因此证明在LMO2-L与LMO2-S间,既存在拮抗作用(对于LMO2-L正向调控基因)也存在协同作用(对于LMO2-L负向调控基因),而在相同细胞环境中两者之间发挥哪种作用则取决于LMO2结合位点中GATA位点和E-box两个DNA结合元件的排列方式。其次,microRNA是一类小非编码RNA,在造血系统的细胞分化和成熟过程中具有重要作用。本研究通过一系列的基因表达调控研究,证实在髓系来源的造血细胞中,存在miR-223—CEBP-β—LMO2-L/-S—miR-142的基因表达调控路径,其中CEBP-β和LMO2-L/-S是miR-223的直接靶基因,miR-223可在转录后水平抑制两者的蛋白翻译,而CEBP-β能够结合于LMO2-L与LMO2-S的启动子区并上调LMO2-L与LMO2-S mRNA的转录;LMO2作为miR-223的下游靶基因,能够抑制miR-142的基因表达。此后本研究证明miR-142具有抑制细胞增殖的功能,而在miR-142上游的其他成分,都能够通过对miR-142的表达调控表现出与miR-142或相似或相反的细胞学功能,且在T细胞背景下,miR-142是异常表达LMO2的一个病例调控靶点,LMO2通过下调miR-142表达加快细胞增殖,是LMO2致T淋巴细胞白血病的一个重要方面。最后,锌指-同源盒转录因子deltaEF1具有促进T细胞发育的重要作用,本研究通过基因表达调控分析、蛋白免疫共沉淀、染色质免疫沉淀等实验,发现T细胞背景下异常表达LMO2-L/-S能够与GATA3蛋白相互结合,并通过GATA3结合于deltaEF1的启动子区,抑制GATA3对deltaEF1的转录激活功能,从而在转录水平下调deltaEF1的表达;此外,LMO2-L/-S能够与deltaEF1蛋白的N端锌指结构域相互结合,进而抑制deltaEF1对其靶基因的转录激活作用,从而在蛋白相互作用水平抑制deltaEF1蛋白的功能。该结果一方面揭示出LMO2病理功能上的一种新机制,即异常表达的LMO2通过与一些T细胞发育中的重要转录因子如GATA3和deltaEF1发生相互结合,并通过蛋白间相互作用在一定程度上抑制这些转录因子的转录调控功能;另一方面将deltaEF1鉴定为LMO2的一个病理调控靶点,即异常表达的LMO2通过对deltaEF1的抑制作用在阻碍细胞分化方面发挥病理功能。综合三部分研究结果,本文提出如下结论:原癌基因lmo2通过其编码的两种蛋白异构体之间的协同和拮抗作用精细调控其在生理和病理条件下的靶基因,其中通过负调控miR-142的机制引起细胞增殖加快,同时通过负调控deltaEF1的机制引起T细胞发育受阻,综合两方面的作用,在LMO2异常表达的情况下导致T淋巴细胞白血病的发生。