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地中海贫血症和镰刀型细胞贫血症是两种常见的血液遗传病,影响全世界约7%的人群。血红蛋白的变异,致使携氧能力大大下降,从而严重危害健康甚至生命。当今,贫血病的治疗手段包括输血,脾切除或者骨髓移植等,但是效果还不令人满意。提高γ-globin的表达,一定程度上取代变异的β-globin的作用,从而缓解贫血症状,对贫血病有着很好的治疗效果。本论文着重研究甲基化酶复合体重要成员WDR5如何调控γ-globin表达的内在机理,为贫血病的治疗提供理论依据。WDR5是MLL复合体的重要成员,能促进基因5’端编码区组蛋白H3K4的甲基化。通过研究,我们首先证明了WDR5能与γ-globin启动子上的转录因子NF-E4结合,并且这种结合是通过精氨酸甲基化酶PRMT5介导的。此外,实验数据显示WDR5会引发γ-globin上H3K4的三甲基化。我们构建WDR5的过表达和knockdown的K562细胞,发现WDR5过表达会抑制γ-globin的表达,而WDR5knockdown会提高γ-globin的表达。与此一致的是,WDR5knockdown细胞中的γ-globin上组蛋白H3和H4的乙酰化增高了,H3K9me3也降低了。另外,Hemin诱导实验,WDR5突变体WDR5Y191F过表达细胞的分析,以及γ-g1obin启动子上DNA甲基化的分析都完全支持这个结论。实验发现,WDR5可以和NURD复合体中的HDAC1以及含有PHD domain的ING2结合。ING2是H3K4me3标记修饰的“阅读分子”,它与H3K4me3直接结合,招募HDAC1,降低启动子上的乙酰化水平,从而沉默基因的表达。与上述结果一致的是,WDR5结合在成人骨髓细胞γ-globin启动子的水平显著高于脐带血中γ-globin启动子上的结合水平。在成人骨髓细胞中整个β-globin基因簇上,WDR5在γ-globin启动子上的结合含量也最高,显示WDR5在发育过程中的重要性。总之,我们发现了WDR5会引发γ-globin启动子上H3K4的三甲基化,招募HDAC1,从而沉默γ-globin基因的表达。在第三章中,我们研究了WDR5自身的表达调控,还发现了其对转录因子SOX9表达的激活作用。我们通过启动子预测软件TFscan和Consite发现在WDR5启动子上存在性别决定因子SRY的结合位点。Luciferase分析发现SRY能增强WDR5的启动子活性,而当结合位点突变以后,这种增强作用就降低了。EMSA和ChIP实验证实了SRY能在体内和体外结合到其启动子上。通过构建SRY过表达的LNCaP细胞,发现SRY能提高WDR5的蛋白以及mRNA水平。与此一致的是,启动子上组蛋白标记H3K4me2, H3K4me3的水平都上调了。此外,我们构建SRY-ERTM诱导型过表达的LNCaP细胞,在加入4-OHT以后,SRY-ERTM由细胞浆穿梭入细胞核,WDR5的表达也上调,进一步证实了SRY的激活作用。我们通过免疫共沉淀和免疫荧光实验发现WDR5与SRY能相互作用,re-ChIP实验发现它们共同结合在WDR5的启动子上,提示WDR5正反馈调控自身表达的机制。由于SOX9是SRY的直接下游分子,我们利用ChIP和re-ChIP实验证实WDR5和SRY共定位在SOX9的启动子上,并且通过协调作用上调SOX9的表达,并能导致SOX9启动子DNA去甲基化。总而言之,我们发现SRY上调WDR5表达,两者协同提高SOX9的表达。综上所述,本论文研究发现：(1)WDR5在沉默γ-globin基因表达的过程中起调控作用；(2)WDR5基因表达受SRY调节,两者协同调节转录因子SOX9,提示WDR5可能在性别决定过程中具有促进作用。