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细胞信号转导实验室

实验室人员组成:
PI:程金科
副研究员:左勇
讲师:蔡蓉
技术员:邹嫣琼、樊秋菊、
李冬冬、史媛
博士后:王田实、屠俊
博士研究生:刘炳婷、肖宁、
蔡娟、夏南松、黄弦、曹颖、
硕士研究生:郑铨

 

研究方向及兴趣:
类泛素修饰(SUMOylation)是近年发现的一种新的蛋白质修饰形式。它参与了对许多细胞生命活动过程的调节,包括细胞周期、细胞分裂、DNA损伤修复、细胞内转运、调节蛋白质稳定和基因的转录等等。SUMOylation是由活化酶(E1)、接合酶(E2)、和连接酶(E3)等三个酶相继作用来完成的。同时它又是一个动态、可逆的过程,其去SUMO 修饰的过程(De-SUMOylation)则是由一SUMO特异性蛋白酶(SENP) 家族来完成。本研究室的研究兴趣主要是蛋白质的SUMO修饰, 特别是由SENP介导的去SUMO修饰过程和对细胞信号转导的调控机制,以及它们在发育与疾病过程中的作用与意义。
 
主要研究方向有:
SENP的靶蛋白分子与生物学功能
SENP的功能是通过对靶蛋白的去SUMO化,并改变靶蛋白质的活性来实现的。因此,研究SENP的生物学功能,首先要鉴定SENP的靶蛋白分子。我们主要通过功能性筛选(Functional screening)和基因敲除(Gene Knockout)等策略来寻找和鉴定SENP的靶蛋白质,并研究SENP对靶蛋白的作用与机制,并进一步明确SENP的生物学功能。
调控SENP的细胞信号网络
SENP的去SUMO化参与了许多细胞生命活性过程,因时亦受到了细胞信号网络的调控。因此我们在鉴定SENP靶蛋白的基础上,发现与确定细胞信号通路对这一去SUMO化过程的调节作用与机制,并依此建立以SENP为核心的细胞信号调控网络。
SENP在发育与疾病中的作用与意义
 SUMO修饰的靶蛋白分子与发育及疾病,特别是肿瘤、代谢、炎症与免疫等有密切的关系。因此SENP通过这些靶蛋白分子的去SUMO化,必将参与对发育与疾病的调控。我们从细胞、模式动物及疾病标本入手,综合运用分子、细胞和发育生物学以及病理学的知识与手段,研究SENP在发育与疾病发生中的作用与机制,为医学实践提供理论基础。
 
研究进展:
1. SENP1在缺氧条件下调节低氧诱导因子1(hypoxia-inducible factor 1α,HIF1α)稳定性的作用及分子机制。
  在对SENP1基因敲除小鼠的分析中发现,SENP1对缺氧条件下HIF1α调节促红细胞生成素(Erythropoietin, EPO)的产生是必须的。进一步研究证实SENP1通过特异的去除HIF1α的SUMO修饰,从而保持其在缺氧条件下的稳定。还发现SUMO修饰能使HIF1α与泛素化E3连接酶αVon Hippel–Lindau (VHL)蛋白结合,从而导致HIF1α的泛素化并通过蛋白酶体途径降解。这是在国际上首次提出了SUMO修饰能促进靶蛋白的泛素-蛋白酶体途径降解这一新的概念,并发现了HIF1α在缺氧条件下的稳定调控的新机制。
这一工作发表在 Cell,131:584-595,2007。
2. PIASy在缺氧诱导的HIF1α SUMO修饰中的作用与分子机制。
  缺氧可诱导HIF1α发生SUMO修饰。为探讨其分子机制,应用功能筛选策略,确定了SUMO E3连接酶PIASy (protein inhibitor of the activator of STATy) 参与了缺氧诱导HIF1α SUMO修饰的调控。进一步发现缺氧能诱导PIASy和HIF1α间的相互结合, PIASy进而促进HIF1α的SUMO修饰。这是首次确定HIF1α SUMO修饰的E3连接酶,从而明确了在缺氧条件下HIF1α SUMO修饰的动态调控机制。这一工作发表在Oncogene,29:5568-5578,2010。
3. SENP2负调控 PcG的活性的作用与分子机制。
  通过对SENP2基因敲除小鼠的分析发现,SENP2是Gata4/Gata6等PcG靶基因的表达所必须的。进一步发现SENP2能特异地调节Pc2的SUMO修饰, 从而影响到PRC1募集到PcG靶基因的启动子上和调控PcG靶基因的表达。这种调节的分子基础是Pc2的SUMO修饰是PRC1复合体结合到组蛋白3第27位赖氨酸三甲基化位点所必须的, SENP2正是通过特异性地调节Pc2的SUMO化修饰,来实行对PcG靶基因表达的负调控,从而调节干细胞的分化与机体的发育。这一工作发表在Molecular Cell,38:191-201,2010。
4.SENP1促进线粒体生成与心脏保护作用。
  最近,我们研究发现,SENP1通过去PGC-1的SUMO化修饰,促进细胞线粒体生成与功能;当SENP1缺失或表达下降后,高SUMO化的PGC-1的转录活性下降,其下游基因的表达下调,从而细胞出现线粒体生成与功能障碍。通过小鼠心衰模型观察,SENP1表达下降后显著促进心衰的发生。进一步在人心衰病人靶标中发现SENP1表达增加,SENP1的表达与线粒体相关调控因子与线粒体亚基组分的表达呈正相关,因此,我们推测SENP1在心衰发生发展过程中具有保护心脏的作用。
图1 与野生型细胞相比,SENP1-/- MEF细胞线粒体生成与功能出现显著障碍
图2 SENP1-/-细胞中SUMO化的PGC1累积,导致其PGC1靶基因转录的抑制,恢复SENP1的和PGC1 SUMO化的突变体表达,可提高上述靶基因的转录
图3 SENP1+/-小鼠心脏线粒体生成下降,小鼠主动脉部分结扎术(transverse aortic banding, TAB)后心功能恶化更为显著,心脏纤维化更加明显
图4 Calcineurin-NFAT3 通路诱导SENP1 表达,促进心肌线粒体生成,延缓心衰的发生
图5 心衰信号诱导SENP1 表达,SENP1 通过去SUMO 化修饰PGC1α ,提高其转录活性,促进线粒体生成,延缓心衰的发生
 
5.SENP1 正反馈调控干扰素γ信号通路
  我们通过分析SENP1 缺失和siRNA 沉默的巨噬细胞中IFNγ信号通路的变化,发现SENP1 是IFNγ信号通路的一个正调控因子。我们发现SENP1 通过抑制STAT3 的活性,降低了STAT3 靶基因SOCS3 的表达和对IFNγ信号通路的抑制作用。同时,我们还发现,SENP1 是IFNγ调控的一个靶基因。基于上述结果,我们提出了SENP1 正反馈调控IFNγ信号通路的模型,并进一步证实了SENP1 的这种调控机制对巨噬细胞清除细菌感染有重要作用。
图6 SENP1 缺失引起干扰素γ 信号应答的障碍
图7 SENP1 的缺失导致STAT3-SOCS3 信号通路的上调
图8 干扰素γ 能够诱导SENP1mRNA 水平的上调
图9 SENP1 能够上调巨噬细胞吞噬清除李斯特菌的能力
图10 SENP1 正反馈调控干扰素γ 信号通路的工作模型

 

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