秀丽线虫中溶酶体再形成的调控机制研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:smarttiger1986
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溶酶体是细胞中重要的细胞器,具有生物降解、代谢稳态维持、分泌、营养信号感知及传递等功能。溶酶体功能失调会导致严重的人类疾病,如溶酶体贮积症和神经退行性疾病等。来自吞噬作用、内吞作用和自噬的货物都会被运送到溶酶体,然后这些货物会在吞噬溶酶体、内吞溶酶体和自噬溶酶体中的酸性水解酶的作用下被降解。然而,我们对货物被降解之后,溶酶体从吞噬溶酶体、内吞溶酶体和自噬溶酶体上再形成的过程和调控机制却知之甚少。  在研究溶酶体依赖的凋亡细胞清除过程中,我们进行了EMS诱变筛选,得到了7个突变体。它们的凋亡细胞和内吞溶酶体的形态与野生型线虫中的不同。在微分干涉相差显微镜(DIC)下野生型线虫凋亡细胞呈纽扣状凸起形态。然而,突变体中的凋亡细胞却呈凹坑状。我们发现这7个突变体中的slc-36.1基因都发生了突变。slc-36.1编码一个含有十一个跨膜区的膜蛋白。SLC-36.1的人类同源物SLC36A1,是一个中性氨基酸的转运蛋白。我们观察到SLC-36.1定位在细胞质膜和溶酶体膜上。  凋亡细胞的尸体会被吞噬细胞通过吞噬作用清除。吞噬细胞吞噬凋亡细胞形成吞噬体,然后吞噬体依次与内吞体和溶酶体融合,最后其内容物在吞噬溶酶体中被降解。我们观察到,slc-36.1突变体中的凹坑状凋亡细胞可以被溶酶体膜蛋白以及溶酶体中的水解酶的荧光融合蛋白标记上。这说明slc-36.1突变体胚胎中的凹坑状凋亡细胞处于吞噬溶酶体时期。我们通过追踪溶酶体蛋白LAAT-1::GFP在吞噬溶酶体上的的动态变化,发现了溶酶体从吞噬溶酶体上再形成的过程。在野生型胚胎中随着吞噬溶酶体不断伸出LAAT-1::GFP标记的丝状结构,有新的溶酶体产生,吞噬溶酶体的体积不断缩小并最终消失。然而slc-36.1突变体胚胎中吞噬溶酶体出丝的次数明显减少,并且吞噬溶酶体的体积在很长时间内都保持不变。以上结果表明SLC-36.1对于溶酶体从吞噬溶酶体上再形成过程是必须的。我们发现,与表达野生型SLC-36.1蛋白相比,表达突变了氨基酸转运重要位点的突变型SLC-36.1,对于slc-36.1突变体缺陷的拯救效果显著降低了。这提示我们,溶酶体从吞噬溶酶体上再形成中过程可能需要SLC-36.1的氨基酸转运活性。  在假体腔类巨噬细胞中,slc-36.1突变体线虫的内吞溶酶体也异常增大了。尽管这些异常增大的内吞溶酶体的酸化受阻,但是它的降解活性并未受到影响。为了探寻slc-36.1突变体假体腔细胞中内吞溶酶体增大的原因,我们追踪了LMP-1::GFP标记的内吞溶酶体的动态变化。我们发现野生型假体腔细胞中的内吞溶酶体上会伸出丝状结构,随后有新的溶酶体产生。然而,在slc-36.1突变体中却观察不到出丝现象。这说明SLC-36.1对于溶酶体从内吞溶酶体上再形成也是必须的。此外,在正常营养状况下,在20%的slc-36.1突变体线虫的表皮细胞中,出现了增大的凹坑状溶酶体。有趣的是,在饥饿处理后表型的外显率提高到接近100%。这说明增加自噬作用会加强slc-36.1的表型。我们还发现,如果通过atg-2突变阻断自噬作用,slc-36.1突变体线虫的表皮细胞中就不会再出现凹坑状溶酶体。这提示我们slc-36.1突变体表皮细胞中增大的凹坑状溶酶体是自噬溶酶体。因此,SLC-36.1也参与了溶酶体从自噬溶酶上再形成的过程。  我们在筛选中还发现了PPK-3复合体的突变体。PPK-3与VACL-14、C34B7.2形成复合体,调控溶酶体上磷脂酰肌醇-3,5-二磷酸(PtdIns(3,5)P2)的合成。我们发现ppk-3、vacl-14和C34B7.2的功能缺失会导致线虫出现与slc-36.1突变体相同的表型。这说明PPK-3/VACL-14/C34B7.2复合体也参与了溶酶体再形成过程。我们发现与ppk-3的强突变体n2668相比,slc-36.1(yq110);ppk-3(n2668)双突变中凹坑状凋亡细胞的数目并没有增多,这提示我们slc-36.1与ppk-3在同一条遗传通路上发挥作用。  综上所述,我们首次在秀丽线虫中发现了溶酶体再形成的过程。而且,我们还发现SLC-36.1和PPK-3/VACL-14/C34B7.2复合体在同一条遗传通路上发挥作用,共同促进溶酶体从内吞溶酶体、吞噬溶酶体和自噬溶酶体上再形成。此外,SLC-36.1功能缺失并不影响线虫发育,然而碱性氨基酸转运蛋白LAAT-1功能同时缺失时会导致胚胎死亡。以上结果说明SLC-36.1和LAAT-1对于线虫的发育和生存非常重要。
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