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真核细胞中的染色质重塑复合物是一类ATP依赖的染色质结构调控酶,可以通过影响核小体的组装、解离和重排等方式来改变染色质结构,从而调节转录相关因子在其染色质局部的DNA可接近性。目前根据其所含功能结构域的不同,可将染色质重塑复合物大致分为SWI/SNF、ISWI、CHD和INO80四大家族。已经发现,某些染色质重塑复合物如人源INO80和SRCAP以及酵母SWR1都具有催化组蛋白变体H2A.Z置换进(或出)核小体的功能。H2A.Z是组蛋白H2A的高度保守的变体,其在基因组中的分布变化与基因表达调控、DNA双链损伤修复以及维持染色质稳定性等密切相关。本课题组在前期研究中发现,HeLa细胞的核抽出物经过多种层析柱分离纯化后的蛋白组分可以将组蛋白变体H2A.Z置换入核小体中。蛋白质质谱分析结果显示,该蛋白组分的主要成分为DNA依赖性蛋白激酶(DNA-PK)的催化亚基DNA-PKcs,提示DNA-PKcs蛋白或含DNA-PKcs的多蛋白复合物可能是一个新的具有H2A.Z置换功能的染色质结构调控酶。DNA-PKcs分子量为465KD,与两个调节亚单位Ku70/Ku80异源二聚体组成DNA-PK,具有丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)激酶活性。在细胞中,DNA-PK参与调控许多重要的生物学过程。该酶的缺失或其功能失常可以导致某些基因转录调控的异常、基因组不稳定、纺锤体极化异常、细胞周期功能缺陷、甚至引起某些致癌因子或抑癌因子的表达改变或突变,提示DNA-PK在细胞内功能的多样性和广泛性。但是,DNA-PKcs促进H2A.Z置换入核小体的酶活性是否与其已知的生物学功能有关?如果有,主要参与哪些生物学过程?具体的调控机制是什么?等问题尚有待解决。本论文中,1)利用体外重组的核小体(mono-nucleosome)、带有Flag标签的H2A.Z-H2B二量体(dimer)、以及已知具有H2A.Z置换酶活性的SRCAP复合物建立了体外H2A.Z置换酶活性检测体系。利用该体系,我们证实了无论是从HeLa细胞核抽出物多次层析过柱的蛋白组分还是从Flag-DNA-PKcs过表达细胞中anti-Flag免疫纯化的蛋白组分都具有体外H2A.Z置换酶活性,强烈支持我们前期数据的可靠性;2)为了深入研究DNA-PKcs的生物学功能与其置换H2A.Z之间的相关性,我们设计和构建了DNA-PKcs的Plvx-zs/Green-shRNA和Plvx-puro-shRNA质粒;3)敲低细胞中的DNA-PKcs或用DNA-PKcs抑制剂NU7026处理细胞均导致细胞增殖速率减慢以及细胞凋亡的数目增多,同时,稳定敲低DNA-PKcs的细胞出现从G1→G2期迟缓现象。另外,细胞内出现巨核和多核现象,提示细胞分裂异常;4)染色质组分分离实验显示,在DNA-PKcs敲低的细胞中,H2A.Z在染色质上的募集明显减少,提示DNA-PKcs可能通过调控内源H2A.Z在染色质上的分布,进一步调控作用可能直接影响DNA-PKcs的生物学功能。以上研究结果为深入研究DNA-PKcs对组蛋白变体H2A.Z在基因组范围内的分布影响以及阐明DNA-PKcs的新的生物学机制提供了理论基础和实验依据。