GAPDH对细胞自噬的调控作用及其机制研究

发布时间：2020-05-22 19:54

【摘要】：细胞自噬(autophagy)是真核细胞内依赖溶酶体的降解和再循环系统,是真核细胞最基本和保守的生理功能之一,在清除细胞内错误折叠蛋白、衰老细胞器,以及维持内环境稳态中发挥重要作用。细胞自噬还是真核细胞应对环境应激和胁迫刺激的基本反应。细胞自噬异常与肿瘤、代谢综合征、神经退行性病变等多种疾病的发生发展密切相关,对细胞自噬分子调控机理的研究具有重要的理论和实际意义。细胞自噬的最重要特征是通过在细胞内形成双层膜结构的自噬泡(autophagosomes)包裹待降解底物,与溶酶体融合实现对自噬底物的降解。自噬泡的形成受细胞自噬诱导信号精确而严密的调控,众多自噬相关蛋白参与其中。Sirtuin 1 (Sirtl)是定位于哺乳动物细胞核内,活性依赖于其辅酶NAD+的组蛋白脱乙酰化酶。通过调节细胞内多种信号通路,Sirtl参与细胞的生长、代谢和衰老。近期研究提示,Sirtl的活性在细胞自噬调控中发挥重要作用,但细胞自噬时Sirtl激活的分子机制尚不明确。3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, GAPDH)是细胞内高度保守和表达恒定的“管家蛋白”,通过催化3磷酸甘油醛脱氢,在糖酵解过程发挥关键作用。本研究中,我们发现诱导细胞自噬时,伴随细胞内自噬泡的形成,定位于细胞质中的GAPDH由细胞质移位至细胞核。在不能形成自噬泡的Atg5-/-和AtgT-/-MEF细胞中,GAPDH仍可由自噬信号诱导入核,提示GAPDH入核是自噬发生中的早期事件。下调GAPDH蛋白水平或特异性阻断GAPDH入核能显著抑制自噬泡的形成；过表达携带有核定位序列的GAPDH显著诱导自噬的发生,表明核内GAPDH是细胞自噬的重要调节因子。表达缺失糖酵解活性或不能发生亚硝基化修饰的GAPDH突变体,并不影响GAPDH入核和细胞自噬水平,提示GAPDH入核及其对细胞自噬的调控并不依赖其糖酵解活性或亚硝基化修饰。同时,使用AMPK腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)的小分子激活剂和抑制剂,我们证明细胞自噬过程中GAPDH的入核受AMPK活性的调控。在GAPDH入核调控细胞自噬的机制研究中,利用免疫共沉淀和GST蛋白沉降等方法,我们发现细胞自噬时,核内GAPDH与Sirt1相互作用。下调Sirt1蛋白水平或特异性抑制Sirt1活性能显著抑制核内GAPDH诱导的自噬发生,表明Sirt1活性在细胞自噬中的必要性。进一步的研究表明,细胞自噬时Sirt1的辅酶NAD+浓度没有升高,GAPDH与Sirt1的结合造成Sirt1与其抑制蛋白DBC1的解离而活化。活化的Sirt1脱乙酰化自噬相关蛋白LC3等,最终诱导自噬发生。该研究首次鉴定出糖酵解酶GAPDH是细胞自噬的重要调控因子,在自噬信号的胞质胞核传递中发挥关键作用。通过明确GAPDH入核激活Sirt1,我们的研究揭示了一条新的细胞自噬信号途径。
【图文】：

抑制有丝分裂后期的核膜纽装（Ｎａｋａｇａｗａ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００３）；邋ＧＡＰＤＨ与小Ｇ蛋白Ｒａｂ２逡逑结合，调控内质网到高尔基体的膜泡运输巧ｓｄａｌｅｅｔａｌ．，２００４）；邋ＧＡＰＤＨ还能特异逡逑性地移位到细胞核，发挥多种重要功能（图１）。在核内，ＧＡＰＤＨ作为Ｏｃｔｌ的共逡逑转录因子，调控Ｓ期Ｈ２Ｂ基因的转录（Ｚｈｅｎｇ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００３）；邋ＧＡＰＤＨ可Ｗ调控ｔＲＮＡ逡逑的核输出和维持邋ｍＲＮＡ邋巧稳定性（Ｎａｇｙ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０００；邋Ｓｉｎｇｈ邋ａｎｄ邋Ｇｒｅｅｎ，邋１９９３）；逡逑ＧＡＰＤＨ还能与端粒特异性的结合，调按端粒的生长（Ｓｕｎｄａｒａｒａｊｅｔａｌ．，，邋２００４）。一氧逡逑化氮（Ｎ巧处理时，ＧＡＰＤＨ能发生亚硝基化修饰，通过与Ｅ３泛素连接酶Ｓｉ化１逡逑结合，移位至细胞核，激活核内的石憸化酶ｐ３００，乙憸化ｐ５３等耻蛋白，诱导细逡逑胞调亡（Ｈａｒａｅｔａｌ．

＋学位论文逦逦＾逦结论逡逑所述，本文揭示了一条新的细胞自喧调控途径，如图２所示，自唾信号逡逑巧能量状态调节蛋白ＡＭＰＫ，促使糖酵解酶ＧＡＰＤＨ由细胞质移位至细逡逑合核巧的脱石就化酶Ｓｉｒｔｌ，通过使其活性抑制蛋白ＤＢＣ１解离激活Ｓｉｒｔｌ，逡逑发生。逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R363


本文编号：2676520