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自噬(autophagy)是细胞内的一种“自食”现象,是进化上保守的受到严格调控的溶酶体参与降解自身受损细胞器或细胞质蛋白的过程。这种过程受到多种细胞应激的诱导,包括营养或生长因子的缺乏、活性氧、DNA损伤、蛋白质聚集、损伤的细胞器或胞内病原体。自噬过程受到诱导后,一种称为隔离膜(isolation membrane)的结构开始延伸,并包裹待降解的细胞器或胞质蛋白形成双层膜结构自噬体(autophagosome)。自噬体可以直接和溶酶体融合形成自噬溶酶体(autolysosome)从而降解其中的内含物,或者先与内吞的内体融合形成内吞自噬体(amphisome),再和溶酶体融合进行降解。自噬降解产生的氨基酸或其他小分子运送到细胞质中循环使用或者为细胞供应能量。 细胞时刻在进行各种代谢活动,各种代谢产物及分泌因子构成细胞生存环境的一部分。G蛋白偶联受体(G-Protein Coupled Receptor,GPCR)是细胞内最大的跨膜蛋白家族,能感受各种外界环境的变化,并且通过下游信号组分传递信号。这一过程可能会影响到细胞自噬。我们在研究哌唑嗪(Prazosin)通过多巴胺受体3(Dopamine receptor D3,DRD3)调控内吞分选的机制时,发现DRD3参与到自噬调控,并感受细胞内的代谢产物氨(ammonia)。MTOR(mechanistic target of rapamycin)可整合细胞外信号,调控细胞的生长与增殖等过程。我们运用细胞生物学,生物化学,分子生物学及化学生物学等方法对氨及其他小分子化合物诱导的自噬机制进行了详细的研究,主要取得以下成果。 1.氨诱导的自噬是由DRD3和MTOR介导的。 高血氨症在肿瘤微环境和肝脏疾病中很常见,经常会导致严重的脑损伤和死亡。氨能诱导自噬,可能是肿瘤细胞用来保护自身免受外界压力的一种机制。然而,细胞感受氨的机制还不清楚。我们发现氨通过G蛋白偶联受体DRD3来诱导自噬。同时,氨将DRD3招募到自噬途径,可能参与DRD3的降解。通过比较可能的配体(如多巴胺,邻苯二酚和一些一元胺)诱导自噬的表型及cAMP应答,我们发现尽管氨可以作为DRD3的激动剂,但是其诱导自噬的功能却不需要传统GPCR信号通路的参与。百日咳毒素(Pertussis toxin,PTX)抑制Gαi蛋白信号并不影响氨诱导的自噬。相反,DRD3胞内的第三个环及DRD3碳末端相关作用蛋白GIPC1参与其中。氨通过DRD3抑制MTOR活性及其在细胞内的定位。综上所述,我们发现氨对自噬有双重作用:一方面通过DRD3和MTOR来诱导自噬,另一方面,通过增加自噬溶酶体的pH来抑制自噬潮。同时,PIK3C3/VPS34依赖的通路可能参与到氨诱导的DRD3的降解。我们的研究不仅将DRD3感受氨和氨诱导自噬联系起来,而且还为临床中高血氨症导致的脑损伤,神经退行性疾病及肿瘤的治疗提供潜在的指导作用。 2.GIPC1参与自噬调控 通过siRNA,Western Blot和免疫荧光等多种方法相结合,我们发现与DRD3相互作用的支架蛋白GIPC1可能抑制自噬潮(autophagic flux)。除此之外,GIPC1的干扰还导致其他自噬性蛋白的降低,我们推测GIPC1可能是一种新的自噬性蛋白。 3.有丝分裂(mitosis)过程中自噬潮是活化的 我们对有丝分裂(mitosis)过程中的自噬水平进行了研究。发现有丝分裂过程中自噬水平持续存在。 我们还发现曾经用来治疗高血压的临床药物Prazosin调控自噬途径,不仅发挥着类似Chloroquine的自噬抑制功能,还可能具有诱导自噬的功能。同时,Prazosin还介导CHMP4B的降解。通过针对DDR1(discoidin domain receptor1)开发的小分子荧光探针DDR1-IN-dansyl-1的研究,发现了DDR1参与细胞自噬的新功能。 综上所述,我们发现并研究了DRD3感受小分子氨诱导自噬的具体机制及DRD3下游蛋白GIPC1参与自噬调控。在此基础上,我们还发现其他小分子Prazosin和DDR1-IN-dansyl-1调控自噬及有丝分裂过程中自噬潮持续存在。